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。     

差动驱动式移动机械手的运动规划

提出了差动驱动式移动机械手的运动规划算法。首先推导出差动驱动式移动机械手的运动学模型，其次给出了基于广义雅可比矩阵的差动驱动式移动机械手分解运动速度控制算法，最后用计算机仿真验证了该算法的正确性。     

补燃循环发动机推进剂利用系统研究

采用推进剂利用系统可以提高运载火箭的发射能力。以液氧/煤油富氧预燃室补燃循环发动机为例,提出的混合比调节系统方案为:在推力室燃料主路设置全流量的混合比调节器,由步进电机驱动,可以实现混合比连续调节。与我国现有的液体火箭发动机相比,这种调节方式可以实现全流量调节,调节范围大。同时,混合比调节时对推力、比冲和涡轮泵转速等参数的影响很小,对发动机系统和组件的影响也较小。发动机混合比调节范围可以达到±10%,调节速率为每秒2%以上。     

扭簧驱动构架式空间展开天线结构分析

首先仔细分析了扭簧驱动构架式空间展开天线结构的工作机理与构造特点，据此提出分析建模假设。采用静力缩减方法，由平面梁单元弯曲平衡方程推导出两端扭簧的杆件宏单元缩减刚度矩阵。根据梁的弯曲理论和位移形函数，直接导出宏单元的相容一致质量矩阵，这两个矩阵可用于这类结构在各工况下的结构特性分析。最后给出了一个数值分析算例，证明方法的有效性。     

欠驱动航天器编队重构的切换神经网络控制

针对圆轨道欠驱动航天器编队重构问题,将传统的自适应神经网络控制器和自适应滑模控制器相结合,设计了一种切换神经网络控制器,用以跟踪由伪谱法求解得到的航天器编队重构的最优开环控制轨迹。自适应神经网络控制器在活跃区域内工作,利用径向基神经网络(RBFNNs)近似动力学系统中的不确定项,自适应滑模控制器在活跃区域外工作,利用自适应律来估计近似误差上界,并采用李雅普诺夫方法证明了闭环系统稳定性。数值仿真结果表明切换神经网络控制器可在欠驱动条件下实现编队重构,与线性滑模控制器相比,实现了控制器快速、高精度、强鲁棒等控制性能。     

空间黏附足式爬行机器人的稳定性判据及蠕动步态

面向空间在轨服务任务中的黏附足式爬行机器人应用需求,提出一种通过足端和腹部黏附实现爬行的机器人构型,分析了空间黏附足式爬行机器人的稳定性原理,推导了一种以机器人黏附和脱附力矩平衡为稳定条件的空间黏附足式爬行机器人稳定性判据。在此基础上,分析得出空间黏附足式爬行机器人3+1步态的不稳定性,并规划了一种适用于黏附足式爬行机器人在空间微重力环境下的稳定行走步态,即蠕动步态。最后,通过仿真验证了所提出的空间黏附足式爬行机器人稳定性判据及所规划蠕动步态的有效性。     

一种燃气发生器的变推力设计与仿真

为了满足采用单一发射系统对不同重量不同初速导弹的发射要求,设计了一套包含多根产气药柱、可自适应点火、可变推力的燃气驱动装置。首先,根据驱动重量和速度要求,初步设计产气药柱对其产气性能及其作用的可靠性进行实验,为后续优化结构设计及仿真模拟提供依据;其次,采用数值仿真模拟的方法,研究不同作用药柱个数、作用时间及弹体质量,发射系统内部压强和弹体运动随时间的变化情况。仿真结果表明:驱动条件相同,弹体质量越重,其在发射筒出口处的速度越小、所用时间也越长;同一弹体,作用药柱个数越多,弹体在发射筒出口处的速度越大、所用时间也越短;为防止作用药柱个数过多导致发射筒内压强过大,采用时序控制装置对其进行时序控制,从不同作用药柱的时序组合中获取最优方案。仿真及实验结果表明,所设计的燃气发生器药柱燃烧性能好、可自适应点火、可为系统提供可变推力,其设计基本合理。     

主被动复合驱动空间探测柔性伸杆机构的参数匹配简

 基于主被动复合驱动的思想提出一种大伸展/收拢比、高载荷/自重比的新型伸缩式伸杆机构,以满足微纳探测器的实际应用需求,用于支撑各类探测载荷远离航天器本体,避免本体剩磁对空间待测信号的干扰,保证探测数据的准确性。首先,探索描述被动驱动源（弹簧铰链）的力矩驱动特性;然后,分析柔性伸杆的弯曲、扭转、压平和卷曲等力学性能。在此基础上,结合建立的柔性伸杆伸展速度、负载动能、弹簧铰链势能及主动驱动（电动机）力矩等参数的能量流约束方程,进行主、被动驱动和柔性伸杆的参数匹配研究;最后,利用有限元软件仿真和样机平台实验验证了参数匹配的合理性。仿真与实验结果表明,针对主被动复合驱动的空间探测柔性伸杆机构,通过合理的参数匹配,可实现柔性伸杆无褶皱地平稳伸展和收拢,为后续的机构设计和控制方案奠定了基础。     

微尺度离心叶轮间隙泄漏流动堵塞模型

通过理论分析结合数值模拟,开展了针对微尺度离心叶轮间隙泄漏流动堵塞模型的研究.结合微尺度旋转机械低雷诺数和高马赫数的工作条件,建立了考虑可压缩性和黏性损失的间隙泄漏流动堵塞模型.通过数值模拟分析了微尺度间隙泄漏流动特征及黏性在其中的作用,判定黏性作用对间隙泄漏流动的驱动作用不可忽略,黏性作用与压差作用对间隙泄漏流动的驱动作用效果相当.同时,黏性作用还会导致间隙泄漏流动的初始堵塞增大.采用某微尺度离心叶轮对间隙泄漏流动堵塞模型进行了验证,从数值计算结果中提取气动堵塞结果并与模型预测结果进行对比,表明改进的间隙泄漏流动堵塞模型能更准确地对间隙泄漏流动堵塞进行评估,在微尺度条件下具备更好的适用性.      

基于开放式知识表示的智能化产品设计

基于知识的智能化产品设计是CAD技术的发展方向之一,但现有知识表示方式缺乏对产品设计人员的开放性,不利于设计人员理解和维护设计系统中的知识。针对这一不足,研究机械产品设计领域常见的公式、表格、二维映射图、过程、规则等类型知识的开放式表示方法,给出了其BNF(Backus Naur Form)范式描述,并研究了各类知识的推理方法。所研究的开放式知识表示及相应推理方法具有以下优点:1)知识不再固化于设计系统;2)知识便于设计人员自行录入和维护。最后以基于知识的航空发动机涡轮叶片气膜孔设计为例,验证了该方法应用于工程实践的可行性。