一种含柔性轴的超声电机定位特性研究

为了进一步提高超声电机的定位精度,满足航空航天驱动机构对高定位精度的迫切需求,采用柔性轴提高超声电机运行稳定性,并基于电机瞬态响应特性,实现超声电机的高精度定位性能.超声电机具有响应快的特点,具有实现高定位精度的可能,但由于其步进特性不清晰,运行波动较大,其潜力尚未被完全挖掘.针对该问题,首先探索超声电机的步进特性,得到不同负载下电机的步进规律,然后采用连续模式和步进模式相结合的控制策略,实现了超声电机的高精度定位特性.研究结果表明：采用柔性轴后,电机步进波动大幅降低,电机定位精度可达0.48″,所需的定位时间小于1.34 s.     

垂直电磁发射系统及其控制技术研究

大推力电磁弹射技术是利用大功率直线电机的电磁推力驱动载荷在短时间、短行程内迅速达到超高速度的新型发射技术。针对大质量载荷高速度垂直发射系统需求,通过方案对比,采用多重化双边型永磁同步直线电机作为动力方案,并针对功能需求,设计了能够满足多规格载荷连续发射的自适应电磁发射系统样机、直线电机样机电磁方案及其配套变流器,并通过实验室内小型水平式双边型永磁同步直线电机实验平台验证了直线电机的力能指标与电磁发射控制功能。     

一种α粒子微推进空间矢量控制结构的设计与实现

针对无拖曳飞行与皮纳卫星轨控的微推进器需求,根据α衰变推进原理设计了矢量控制结构,将α粒子推力薄膜矢量排布成类半球结构,采用超声电机驱动光阑独立控制推力大小,利用多个推力组合实现精确矢量控制。理论计算与分析表明:此结构最大推力可达6.9μN,与1 m~2太阳光压相当,且合力方向整体法向集中。     

非定常同向激波边界层干扰的实验和数值模拟

运动激波在波前同向气流中传播时与壁面附近边界层发生的相互作用,既不同于定常的激波边界层干扰,也与普通激波管中端壁反射激波与边界层的作用有很大差异。通过实验和数值模拟对这一问题进行研究表明,激波与边界层作用后,波面在壁面附近发生了明显弯曲,且触及壁面;弯曲的激波与壁面进一步作用后发生反射,由于波前气流速度不同,这种反射存在规则反射和马赫反射两种类型;由于激波反射,波后壁面附近形成了一个高压区;激波与边界层作用后,波后边界层内出现了一系列高低压区相间的流场结构。     

旋转不变的数据驱动稀薄流非线性本构计算方法

DNCR方法基于Navier-Stokes方程和UGKS方法的数值模拟结果作为流场样本训练数据,借助机器学习构建热流/应力与流场特征参数的高维复杂非线性回归关系模型,最终通过耦合数据驱动的非线性本构关系求解宏观量守恒方程得到待预测稀薄非平衡流数值解。但现有DNCR方法的特征参数(速度、压力、密度等)和标记值(热流、应力张量等)不具备旋转不变特征,所得训练模型无法适用于坐标系旋转或平移后的计算网格。针对这一缺陷,本文构建全新且具有旋转不变性的特征参数与标记值,并结合典型算例预测结果与特征参数权重反馈优化所有训练集特征参数;同时瞄准回归模型预示范围与泛化性能提升,针对极端随机树开展选参与调参研究,发展了一种基于旋转不变量的改进DNCR方法。针对不同来流条件、不同几何外形条件下的二维高超声速圆柱绕流与顶盖方腔驱动流,评估了改进DNCR方法对比原始方法的计算精度提升效果。计算结果表明：使用旋转不变量能够显著提升训练模型对坐标系旋转、外形变化的适应能力,使DNCR方法具备更好的泛化性能。     

菱形驱动斯特林制冷机

通过运动学与动力学平衡分析,提出了菱形驱动斯特林制冷机热力计算方法,该方法能够简化多级斯特林制冷机的计算。     

基于FPGA的嵌入式步进电机恒流控制系统设计与实现

长期在轨运行的航天器需具备补加推进剂的功能,补加过程通过步进电机驱动浮动连接机构实现。在保证航天器稳定运行在轨补加的前提下,从简化软件设计角度出发,提出了步进电机相电流自适应闭环控制方案,即通过比较器完成电流硬件比较。由FPGA根据比较结果对步进电机相电流进行恒流斩波,以控制步进电机相电流误差不大于10%,从而保证浮动连接机构的平稳运行。为验证步进电机相电流控制效果,采用仿真和实验的方法进行测试,测试结果表明,基于FPGA恒流斩波的闭环控制方式可以有效地将步进电机相电流误差限定在10%范围内。     

椭圆轨道欠驱动编队重构最优脉冲控制

针对椭圆轨道径向或迹向欠驱动编队重构问题,提出最优脉冲控制方法。首先,建立椭圆轨道欠驱动编队动力学模型,并基此分析径向或迹向欠驱动情况下的系统能控性与重构可行性。然后,解析推导两类欠驱动情况下实现编队重构所需的最少脉冲次数。基此,将椭圆轨道欠驱动编队重构最优脉冲控制问题表述为非线性规划问题,并采用遗传算法进行求解。最后,引入全驱动最优脉冲控制策略以及欠驱动最优连续控制策略进行对比分析,验证了欠驱动最优脉冲控制策略的有效性与正确性。仿真结果表明,欠驱动脉冲控制器可在缺失径向或迹向脉冲的条件下完成编队重构,并且保持与全驱动脉冲控制器类似的控制性能。     

气泡推进型中空Janus微球运动特性的实验研究

本文通过Pt-SiO₂型（铂-二氧化硅型）中空Janus微球在低浓度2%~4% H₂O₂溶液中的气泡驱动实验，观察到在每个气泡生长-溃灭周期内，Janus微球的运动呈现3个特征阶段，分别为自扩散泳、气泡生长和气泡溃灭。其中气泡溃灭阶段微球在射流驱动下的推进速度可达每秒几十毫米，比前2个阶段的平均速度大2~3个数量级。实验观察到气泡生长阶段其半径与时间存在R_b~t1/3和R_b~t1/2两种标度率。由于气泡在Janus微球催化剂表面（Pt侧）的生长点偏离对称轴位置，Janus微球的运动轨迹呈圆周形。随H₂O₂溶液浓度的增加，还可以进一步提高Janus微球的运动速度。此研究不仅定量分析了Janus微球的运动特性，而且为实际应用中提高Janus双面微马达的运动速度和能量利用率提供了参考依据。     

航空电机防爆试验

油库、矿井等有易燃气体场所所用电机、电器必须选用防爆型。飞机有易燃气体部位,如燃汽箱、导油管等附近,所用电机电器也必须选用防爆型。因为电机电刷火花或电器接点火花随时都可以点燃易爆气体,只要燃气浓度达到一定值即可引起爆炸。这个问题在新机设计和老机改型中都不可忽视。 防爆型电机设计结构、材料选用等应符合防爆电机技术要求。新品试制和每批产品例行试验均需列项进行。 一、防爆试验原理 防爆试验有两重含义:1.隔炸性能,即可燃气体在电机内部爆炸,其火焰不得传到外部引起外部可燃气爆炸。2.抗爆性能,即电机内可燃气体爆炸时,其结构应经得住,不得发生零件变形、裂纹、绝缘材料燃烧等现象。电机通电试验,性能应合格。 试验原理见图1。