船载惯性测量单元姿态信息优化方法

随着海洋卫星通信技术的广泛应用,船载通信系统的需求量与日俱增。基于微电子系统的惯性测量单元主要用于测量船体姿态信息,实现姿态反馈与控制补偿,是船载卫星通信设备的核心器件。实际应用中通过卡尔曼滤波处理的惯性测量单元的姿态信息并不完善,经过分析惯性测量单元在运动过程中存在干扰性的有害加速度。分析了有害加速度的产生原因和对测量姿态的影响并提出姿态信息的优化方法。通过此优化方法可提升惯性测量单元的测量精度,增强船载通信系统的控制精度。     

一种敏捷卫星高集成数传控制单元设计与验证

针对敏捷卫星高速数传分系统现状与需求,设计了一种新型高速数传控制单元。该数传控制单元功能密度比高,选用高可靠、长寿命、抗辐照宇航元器件,采用标准化结构设计,热设计和抗力学设计满足空间环境要求,支持CAN总线、RS422总线、RS485总线、秒脉冲等接口功能,具备时间管理、数传任务自主执行、系统重构、自主安全模式、批指令开关机和灵活支持在轨处理与传输业务等多项功能。可满足高可靠、集成化、小型化、抗辐照、长寿命等特点,支持多类型不等长带参数指令、目标单元开关机和数传分系统Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类遥测采集等功能,支持十六大类模式百余项分系统工作组合,完成了数传分系统任务执行由面向功能提升到面向应用,增强了数传系统易用性、自主性和可靠性,可广泛应用于后续高分辨率敏捷遥感卫星。     

诱导轮超同步旋转空化传播机理

为了揭示超同步旋转空化的传播机理,对二维平板叶栅内部非定常空化流动进行数值模拟研究,叶栅的几何参数和模拟工况均来自真实诱导轮试验结果。结果表明：仿真预测的叶栅空化断裂点与试验结果接近,随空化数下降空化区的演变规律与试验结果一致。在一定的空化数范围出现传播频率比为1.1～1.4的旋转空化现象,对流场细节的深入分析发现空化区与来流冲角的相互作用是空化区波动沿周向超同步传播的机理。空化区与叶片前缘的冲角是呈正相关的,同时空化区增大会在尾缘诱发顺时针涡扰动,空化区减小会在尾缘诱发逆时针涡扰动,当扰动达到叶片喉部位置时,会对相邻叶片产生影响,空化区增加会导致相邻叶片冲角减小,相应空化区也减小,空化区减小会导致相邻叶片前缘冲角增大,相应空化区增大,如此循环往复,形成空化区波动沿周向的超同步传播。     

数据驱动的卫星关键部件剩余寿命预测模型

针对目前基于统计学方法对卫星及其关键部件进行剩余寿命预测时普遍存在的建模困难、预测精度不高等问题,为更快速、更精确地预测在轨运行卫星关键零部件的剩余使用寿命（RUL）,选取时序数据特征提取能力较强的门控循环单元（GRU）网络构建RUL预测模型。在模型构建时,除了利用卫星遥测数据之外,还将反映卫星通信质量的统计类数据添加到模型中;同时,为进一步提高GRU模型的预测精度,将卷积神经网络（CNN）与GRU融合。最后,以某型号卫星的天线转发器这一关键部件作为研究对象,通过模型预测结果的评价对比,验证CNN-GRU预测模型的RUL预测精度相比GRU模型的有明显提升。     

基于四面体单元的三维裂纹自动化建模

三维裂纹前缘布置结构化网格是一项耗时且困难的工作。以二次四面体单元虚拟裂纹闭合法（VCCM）为基础,提出基于几何特征的三维裂纹建模方法,阐述应用四面体单元在ABAQUS上进行三维裂纹建模的实现细节;应用Python编程语言结合NumPy和SciPy开源科学计算库开发参数化三维裂纹分析程序包,实现三维裂纹问题分析的全流程自动化;数值算例和文献中的结果吻合很好,表明本文建模方法是准确且可靠的,全模型采用常规四面体单元,提高了三维裂纹自动化建模的稳定性和鲁棒性。     

基于深度学习的图像拼接篡改检测

传统图像拼接检测算法通过研究人员手动构造拼接特征,随着科技的进步以及图像处理技术的不断发展,手动构造特征的局限性逐渐体现出来,鲁棒性较弱,位置不易确定等。为了解决这些问题,构建了一种卷积神经网络（CNN）,将卷积核前置并固定,自主学习相关特征从而检测拼接篡改的图像区域。经过一系列研究,发现拼接篡改图像的拼接篡改区域特征可以被CNN模型学习。在CNN模型之前,卷积核使用高通滤波器,激活函数采用指数线性单元（ELU）,使得CNN模型具有识别拼接篡改图像边缘痕迹等特征的能力。检测结果表明:在IEEE IFS-TC图像拼接取证竞赛训练集上对拼接篡改图像拼接篡改区域定位的准确率为84.3%,对拼接篡改区域判定的真负类率为96.18%。      

薄壁加筋壳强度变差系数仿真预估方法研究

针对运载火箭结构价格昂贵,通过试验获取强度变差系数困难问题,提出了基于产品实测数据仿真预估强度变差系数方法。以轴压载荷作用下的1 m直径薄壁正交网格加筋圆柱壳试验件为对象,开展了实现技术途径及试验验证研究。测量并统计试验产品材料性能、结构尺寸及几何形貌不确定性;应用双重傅立叶级数对实测几何形貌表征,将其引入到结构理想有限元分析模型,实现极限强度精确仿真分析;采用混沌多项式展开(Polynomial Chaos Expansion, PCE)代理模型,实现考虑关键参数不确定性的极限强度高效模拟打靶和强度总体变差系数预估;并开展了3个试验件的轴压强度破坏试验验证。结果表明,预估的强度变差系数可很好包络试验样本变差系数,具有较高可靠性的同时,相对历史统计数据有较大降低,对实现结构可靠性安全系数的精确量化设计,挖掘现代先进结构承载潜力有重要意义。     

软芯三明治梁受移动点载荷作用的动力响应

为了得到软芯三明治梁在移动集中载荷下的动力响应,基于扩展的高阶三明治梁理论和Hamilton原理,建立了任意节点的弱形式求积三明治梁单元,利用微分求积法的权系数显式表达式给出了单元刚度矩阵和质量矩阵的公式,并验证了刚度矩阵和简化质量矩阵的正确性和方法的有效性,结果表明弱形式的求积单元法具有精度和计算效率高的优点。然后,采用中心差分法首次给出了两端固支软芯三明治梁在移动集中载荷作用时的动力响应。本文的研究拓展了弱形式求积法的应用范围。     

双层涡轮叶片异形冷却单元内换热特性实验研究

基于实际加工成型的双层涡轮导向器叶片内部特征,模化出操场形和椭圆形截面冷却结构。针对其内部应用的冲击/气膜复合冷却形式,实验研究了冲击靶面的换热特性,重点分析了通道截面形状不同时,进口Re数、气膜出流以及冲击孔和气膜孔的相对位置对冲击靶面换热特性的影响。研究中发现通道内部局部Nu数呈中心对称的波浪形分布,并且气膜孔壁面上游的换热效果整体低于下游,只有在靠近气膜孔中心局部区域的换热系数较高。随着进气Re数增加,换热效果逐步增强 。实验数据表明,截面形状不同的冷却通道的换热特性规律不同。对于操场跑道形冷却通道,冲击孔和气膜孔顺排时冷却效果较好;而椭圆形冷却通道中,冲击孔和气膜孔错排时冷却效果较好。     

基于切割单元直角坐标网格的DSMC方法及优化技术

对传统直角坐标网格进行改进,根据计算机图形学对与物面相交的正方形网格进行切割,使单元与物面贴体,并能根据流场的变化对网格区域进行局部加密。结合直角坐标网格与非结构网格的特点,编写了自适应直角坐标网格的生成程序,并发展了基于切割单元直角坐标网格的直接模拟蒙特卡洛(Direct simulation Monte Carlo,DSMC)方法。同时通过当地模拟分子数、动态时间步长技术优化DSMC方法,提升计算效率。数值结果表明,本方法在计算过程中使搜索效率得到大大提升,同时也保证了物面网格单元的贴体性,提高了物面附近流场的计算精度,还易于实现网格自适应。