航天器蜂窝夹层结构复合材料热变形分析

蜂窝夹层结构复合材料在航空、航天结构中已得到了广泛的应用。文章从热变形分析角度出发，对蜂窝夹层结构复合材料的热变形分析问题提出了几点看法。     

三维编织石英纤维热密封材料气密性能研究

引入三维编织石英纤维织物作为热密封材料,对三维四向、三维五向编织结构热密封材料试样进行了不同压缩率下透气性能试验。分析了三维编织结构热密封材料气体渗透量随压缩率、压差及编织工艺参数的变化规律。结果表明,通过优化编织结构,有利于提高试样的气密性能;试样的平均气体渗透量受纤维体积含量影响,随压缩率的增大而降低;在压缩率为10%与20%时,纤维体积含量为50%的三维四向试样相比气密性能更好,平均气体渗透量分别为1.14×10~(-6)、9.29×10~(-7)kg/(s·mm);当压缩率增加到30%时,试样出现明显剪切变形和碎裂,试样失效。通过合理设计,三维编织石英纤维织物可满足密封材料气密性能要求。     

全阶滑模变结构解耦控制器在液压转台设计中的应用

三轴液压仿真转台具有框架间速度耦合、力矩耦合、受复杂摩擦力矩干扰及液压系统参数摄动的特点。提出将耦合项等效为外干扰,使用具有积分补偿的动态全阶滑模变结构控制器,使系统三框架始终在各自滑模上运动,实现了解耦和对外干扰及参数摄动的不变性。仿真和试验表明该方法的解耦和抗干扰效果理想。     

凝胶注模氧化铝陶瓷坯体的结构与表征

研究了凝胶注模氧化铝陶瓷坯体的密度、强度、空隙率分布及微观结构等特征。结果表明,影响凝胶注模陶瓷坯片密度的因素主要有:料浆的固含量、单体含量、单体和胶联剂的比值。随着料浆固含量的提高,坯片的抗弯强度呈下降趋势,坯片内部的孔隙率降低,从平均孔隙度为110nm降为90nm,而且均为单峰分布。凝胶注模成型的陶瓷坯片在干燥后,坯片强度优于注射成型、流延成型等传统成型方式。     

Multilevel Tests and Measurement Evaluation Methods for the Application of Composite Materials in Spacecraft Structures

With the implementation of new-generation launch vehicles, space stations, lunar and deep space exploration, etc., the development of spacecraft structures will face new challenges. In order to reduce the spacecraft weight and increase the payload, composite material structures will be widely used. It is difficult to evaluate the strength and life of composite materials due to their complex mechanism and various phenomena in damage and failure. Meanwhile, the structures of composite materials used in spacecrafts will bear complex loads, including the coupling loads of tension, pressure, bending, shear, and torsion. Static loads, thermal loads, and vibration loads may occur at the same time, which asks for verification requirements to ensure the structure safety. Therefore, it is necessary to carry out a systematic multi-level experimental study. In this paper, the building block approach (BBA) is used to investigate the multilevel composite material structures for spacecrafts. The advanced measurement technology is adopted based on digital image correlation (DIC) and piezoelectric and optical fiber sensors to measure the composite material structure deformation. The virtual experiment technology is applied to provide sufficient and reliable data for the evaluation of the composite material structures of spacecrafts.     

气相爆轰波马赫反射非自相似性特征的实验

为了研究在CJ(Chapman-Jouguet)状态下气相爆轰波马赫反射的非自相似性特征,搭建了由驱动段、传播段以及观测段组成的矩形管道;利用纹影和烟膜实验方法分别对3种预混气发生马赫反射现象进行了实验研究.实验结果表明:对稳态或非稳态气体,测量了马赫反射三波点位置高度,验证了马赫反射三波点轨迹线为波动的曲线,即自相似性对爆轰波马赫反射失效;非自相似性的重要特征是三波点轨迹线在楔角初始位置时基本遵循无反应冲击波理论计算结果,随后逐渐偏离并向有反应冲击波转变,之后接近平行于反应冲击波理论计算并稳定地处于两个理论值之间.最后给出在初始压力为10kPa和楔角为30°的条件下,对于所研究的3种气体,其马赫反射三波点发生转变的位置高度分别约为0.8,1.05cm以及0.5cm,可见相同初始条件下非稳态气体的马赫反射发生转变比稳态气体提前.      

绕细长旋成体非对称涡非定常性的实验研究

详细地给出了尖锥头和椭球头细长旋成体大迎角绕流非对称侧向力的时均值和脉动值的实验结果,特别是检测了侧向力低频大振幅分量的脉动特性。实验结果表明,在迎角0°～40°范围内时均升力系数和阻力系数实验结果和由横流理论预测的结果基本一致,时均侧力系数存在的迎角范围及其最大值尖锥头明显大于椭球头旋成体。由侧力瞬时值的时间过程表明,细长体大迎角绕流非对称背涡具有明显的非定常特征(即使在中等迎角30°～40°情况下,绕流就表现为非定常的),反映在侧力系数过程线上是一个非周期的随机过程,由不同频率和振幅的分量组成。其中,低频大振幅分量由分离涡核的振动引起,中等频率分量由类似于Karman涡的脱落引起,高频小振幅分量主要由分离剪切层中的小尺度湍涡(eddies)和来流湍流度引起。实验还发现,虽然随迎角的增加,低频分量的振幅不断增大,但主频基本保持不变,对于尖锥体约1.0Hz,对于椭球体约2.0Hz。     

加筋壁板结构非线性屈曲数值分析研究

应用非线性有限元分析技术采用ANSYS10.0有限元计算软件细致研究了飞机加筋壁板结构在受压状态下的非线性变形及稳定性特性,考虑了不同边界条件、不同加载方式以及不同筋条厚度对特征值屈曲分析临界栽荷的影响.并比较了非线性分析下结构的临界屈曲载荷与线性屈曲分析下的临界屈曲载荷.同时提取板上不同位置上节点的位移/加载曲线,面外挠度/加载曲线,等效应力/加载曲线,对结构非线性特性进行了细致分析和讨论.并以面外挠度为纵坐标得出了长截面与短截面的屈曲波形图,细致表现了加筋板的非线性屈曲形态与规律.     

空间飞行器大角度机动递阶饱和控制律设计

针对以飞轮为执行机构的空间飞行器进行姿态大角度机动递阶饱和控制。在初始状念任意，反作用轮输出力矩受限、速率饱和约束条件下，提出递阶饱和的变结构机动策略，即针对飞行器的运动学模型，利用飞行器的误差四元数和角速度，通过绕瞬时欧拉轴旋转，引入误差凹元数限幅器，对姿态偏差进行逐次消除，提出了不需事先规划轨迹的绕欧拉轴逐次逼近控制算法。并且引入模糊推理规则来改进递阶饱和变结构控制设计，使得系统轨迹既能快速趋近滑动面又能降低抖振，有效减弱了一般变结构控制律中抖振问题，从而提高了变结构控制律的品质。     

结构与纯度结合的新型决策树分裂准则

决策树（Desision tree, DT）生长关键步骤的分裂或分叉准则通常根据纯度和误分类误差等实现,分裂生长分为轴平行和非轴平行方式。这些分裂准则一般与数据内在结构（如类别是否是多簇或单簇组成）无关。为了弥补这一缺失,本文提出了两种混合分裂准则,分别用加权和两步法将同类内的节点间距（Between-node margin within the same class,BNM）和同一节点内的类紧性（Within-class compactness and between-class separation in the same inner node,CSN）与纯度度量相结合。由于传统决策树以贪婪方式生长,仅能确定出当前的一个局部最优分裂点,为改善这个缺点,本文首先根据纯度确定出前k个候选分裂点,然后通过最大化BNM和最小化CSN确定最终的分裂点,不仅缓和了纯度上的局部最优性,而且引入了数据结构的全局性,因此能较大程度地改进后代节点的分裂,增强树的泛化性和可解释性。将上述两种分裂准则组合还可以进一步提升性能。在21个标准验证数据集上的比较结果表明：新准则下的决策树不仅提高了预测性能、降低了复杂性,而且相比于其他采用混合分裂准则的DTs更具竞争力。