可逆固体氧化物燃料电池性能的数值模拟研究

可逆固体氧化物燃料电池(rSOFC)可正向工作放电和反向工作电解。船舶排放污染和化石资源枯竭的问题使rSOFC在船舶动力推进上的运用具有较好的前景。本论文利用流体力学理论描述rSOFC多物理输运过程、水气反应（WGS）和电化学反应,并采用Ansys/ Fluent建立了二维单通道rSOFC的数值模型以研究合成气为燃料的rSOFC电极厚度和气体组分等因素对电流密度、WGS反应速率和燃料利用率等性能的影响。结果表明,电极的厚度和气体组分等参数对rSOFC宏观性能有较大影响;WGS在rSOFC反应过程中起着重要作用;在双模式运行下,C/H元素比的增大会改善电流密度和电化学反应的不均匀分布。本研究对理解rSOFC可逆运行工况的性能以及在船舶推进系统的应用有着重要的意义。     

Optimal solar sail trajectory approximation with finite Fourier series

The heliocentric transfer of a solar sail-based spacecraft is usually studied from an optimal perspective, by looking for the control law that minimizes the total flight time. The optimal control problem can be solved either with an indirect approach, whose solution is difficult to obtain due to its sensitivity to an initial guess of the costates, or with a direct method, which requires a good estimate of a feasible (guess) trajectory. This work presents a procedure to generate an approximate optimal trajectory through a finite Fourier series. The minimum time problem is solved using a nonlinear programming solver, in which the optimization parameters are the coefficients of the Fourier series and the positions of the spacecraft along the initial and target orbits. Suitable constraints are enforced on the direction and magnitude of the sail propulsive acceleration vector in order to obtain feasible solutions. A comparison with the numerical results from an indirect approach shows that the proposed method provides a good approximation of the optimal trajectory with a small computational effort.     

关于提高运营故障数据处理和利用效率的方法研究

某型飞机作为国产民机运营的探路者和先行者,在积累运行经验同时,也暴露出日利用率低(某型机队日利用率仅为空客机队的三分之一)、使用困难和机队重复故障多(空客机队重复故障为零,某型机队重复故障为两位数)、部分故障得不到及时有效的回复等问题。这些问题的存在有飞机设计可靠性的原因,但同时也反映出运营支持能力的不足,而其中运营数据处理的能力又是运营能力的核心体现。通过对运营故障数据的标记和分析,提高故障数据处理效率,为型号的设计优化提供支持和检验,从而大幅提升国产民机的运营支持能力,以提高飞机的商业竞争力。     

机器人磨抛氧化锆涂层工艺研究

使用搭建的机器人自动磨抛平台系统,针对氧化锆热障涂层磨抛工艺开展了研究,旨在通过机器人磨抛加工对涂层厚度及表面粗糙度进行合理控制,提高涂层表面质量。基于Preston理论建立了氧化锆涂层材料的去除模型;通过单因素试验研究了主要磨抛参数对材料去除深度的影响规律,基于正交试验确立了氧化锆涂层材料磨抛最优工艺参数组合和工艺步骤,对航空发动机喉道密封片氧化锆涂层进行了磨抛加工。试验结果表明,在一定范围内,材料去除深度随着磨抛压力及磨抛盘转速的增大而增大,随着进给速度的增大而减小;磨抛压力对材料去除深度的影响较大,磨抛倾角对去除深度的影响较小。机器人磨抛系统采用力控方式实现了定量均匀去除,涂层厚度和表面质量一致性良好,加工效率显著提高,同时也验证了本机器人自动磨抛系统的实用性和优越性。     

高超声速ISR平台乘波外形优化设计及需求验证

对乘波构型在高超声速ISR平台气动外形设计上的应用问题进行了研究。基于高超声速ISR平台的总体参数,对锥导乘波体进行了参数化几何建模。以升阻比和容积率为优化目标,采用正交试验设计方法、非线性回归模型和粒子群算法对锥导乘波体进行了多目标优化设计。选取Pareto前沿中的4个特征点作为高超声速ISR平台的初步气动外形,采用数值计算方法对其进行了性能分析,并对设计需求进行了初步验证。研究结果表明:上下表面"双凸"、两侧近似机翼的乘波体在保持较高升阻比的同时又具有较大的容积率,满足航程、载荷和起飞重量等设计指标的需求,可用于高超声速ISR平台气动外形设计。由于航程指标值较大,对燃油结构质量比的要求较高。     

序列凸优化的小天体附着轨迹优化

针对小天体附着多约束轨迹优化问题,提出一种基于序列凸优化的轨迹优化方法。首先采用内球谐引力场模型对目标小天体附近的不规则引力场进行精确建模,内球谐引力场模型是对经典球谐系数法的改进,形式简单,计算量小,并且克服了经典球谐系数模型在形状不规则的小天体附近不收敛的问题。对于小天体附着多约束轨迹优化问题,通过约束松弛、线性化、离散化过程,转化为一个可以迭代求解的二阶锥规划问题（SOCP）,进而采用内点法进行解算。数学仿真结果显示,优化结果符合各项约束条件,以零速度到达了目标着陆点,且符合燃耗最优的优化目标。利用序列凸优化算法进行小天体附着燃耗最优轨迹设计,推导简便,计算速度快,精度高,具有应用价值。     

我国GEO航天器总体综合优化技术研究进展

总体综合优化设计是航天器研制持续追求的目标,多学科集成设计是有效途径之一。围绕航天器总体综合优化设计,总结了近年来我国在地球静止轨道(GEO)航天器系统与学科建模、多学科集成优化设计策略、寻优算法、软件工具开发及工程应用实施等方面研究进展,针对我国GEO航天器发展新需求以及现阶段综合优化设计技术发展的不足,结合系统工程技术发展新趋势,指出航天器综合优化设计后续应重点加强集成建模、工程化应用研究,为高轨航天器总体优化设计技术发展提供指导。     

基于改进粒子群的绳驱连续型机械臂逆运动学分析

绳驱连续型机械臂具有良好的柔性和灵活性,能够在狭小的空间内运动,但相对于离散型机械臂,利用D-H参数构建运动学模型的方法不再适用,且连续型机械臂具有无穷自由度,逆运动学求解困难。针对一种两节的绳驱连续型机械臂的运动学问题,基于分段常曲率假设,建立了运动学模型,并分析了两节之间的运动学耦合关系。在此基础上,利用改进粒子群优化算法求解连续型机械臂逆运动学,通过仿真验证了该逆解算法的可行性和有效性,搭建了绳驱连续型机械臂的物理样机系统,并验证了基于分段常曲率假设的正运动学模型的正确性。     

立方星电源系统最大功率点跟踪优化控制方法

针对立方星在能量来源严重受限条件下如何提高太阳能利用率的难题,提出一种适用于立方星的集中供电式空间微电源架构(EPS),并设计基于改进粒子群优化算法的最大功率点跟踪(MPPT)控制策略来提升能量转换效率。首先,推导太阳电池阵列的数学模型,并根据太阳电池阵列的工作特性,提出电源系统最大功率点跟踪控制的物理系统实现结构。其次,设计基于改进粒子群优化(PSO)的最大功率点跟踪控制算法,并进行了数学仿真校验。最后,对所设计的电源系统架构进行了硬件实现和试验验证。地面试验结果表明,电源系统的太阳能最大转换效率可达95.5%。该电源系统成功应用于世界首颗12U立方星“翱翔之星”的飞行试验,在轨数据表明电源系统工作状态良好,为微纳卫星电源系统的设计提供了有益参考。     

一种用于静态红外地球敏感器的高效算法

为提高微纳卫星的姿态检测效果,针对静态红外地球敏感器的全景鱼眼成像特点,以单张红外成像为研究对象建立成像模型,提出了间隔向量积与t Location-Scale分布置信区间均值结合的算法。将红外成像投影到空间球体上形成空间像点环;在像点环上间隔取点做向量积,得到当前目标姿态角的样本集合;通过t Location-Scale分布进行极大似然估计,得到目标姿态角样本均值和方差的估计量;再次计算1σ置信区间内样本均值,最终得到目标姿态角的估计值。相比于原算法,目标姿态角在±10°内的标准差由0.06°下降为0.03°,精度提高了50%。另外为避免迭代收敛的耗时问题,给出了应用于实际工程的查表法,使运算速度提高了87%,提升了静态红外地球敏感器的测量精度和效率。