近地小行星采矿与防御计划发展现状

近地小行星交会、绕飞、着陆与采样返回技术经过数10年的发展日趋成熟。美国的OSIRIS-Rex对C类小行星进行特征分析与采样,日本宇宙航空研究开发机构的“隼鸟-2号”任务目的是小行星深层采样。美国国家航空航天局（NASA）和欧洲空间局（ESA）的小行星探测任务开始转向行星防御领域。NASA的ARM（Asteroid Redirect Mission）计划是开展小行星抓捕与轨道重定向,ESA联合NASA提出了小行星撞击与偏转评估计划,拟对双星系统开展撞击实验,为行星防御提供技术积累。此外,行星资源公司和深空工业公司分别规划了小行星商业采矿的蓝图,并已开展相关的在轨技术验证。对近地小行星的探测历程进行了回顾,重点介绍了OSIRIS-Rex、“隼鸟-2号”、NASA和ESA的行星防御计划及小行星采矿公司的商业采矿战略规划,总结了未来开展行星防御与采矿的关键技术。     

具有面内剪切非线性复合材料层板的1/4亚谐共振

利用Ｖｏｎ Ｋａｒｍ ａｎ 薄板大挠度理论和Ｈａｈｎ－Ｔｓａｉ本构方程研究了四边简支、一对边受压缩动载荷的（０／９０）ｓ 对称铺设正交各向异性矩形层合板的参数振动问题。利用奇异性理论着重讨论了１／４ 亚谐共振时板的各种可能的分叉行为,分析了面内剪切非线性特性对参数共振和分叉曲线的影响,得到了一些新结果。     

小行星防御动能撞击效果评估

以动能撞击防御潜在威胁小行星概念为背景,采用物质点法(Material Point Method,MPM)模拟了铝弹高速撞击S型小行星的过程,将撞击结果导入引力N体–离散元动力学模型中,对其后续演化过程进行仿真,并分析了撞击后碎片对地球的威胁指数。结果显示小行星在高速撞击的作用下部分破碎,大量碎片以与撞击方向相反的速度向外喷射,从而提升了小行星的撞击偏移效果。研究采用了两种不同结构的小行星模型:完整结构(monolithic structure)的小行星在遭受撞击后会喷射出比原小行星小得多的碎片,而碎石堆结构(rubble-pile structure)的小行星在撞击作用下可分裂成大小和速度分布较为均匀的碎片。威胁指数的分析表明动能撞击方式确实有效减小了小行星的威胁程度,撞击后的最大剩余碎片可被成功偏移至安全轨道,但仍有部分碎片会与地球相撞。与完整结构相比,针对碎石堆结构小行星的撞击防御的总体效果更好,次生灾害主要为大质量碎片的撞击。研究方法可用于未来开展防御小行星的动能撞击任务的撞击条件选择和撞击结果预估。     

复合材料层合梁弯扭耦合变形的有限元分析

对于层合梁这一类特殊的工程问题,本文在理论上推导了其大挠度问题的有限元数学模型,这种数学模型有别于一般层合板壳问题对应的数学模型。在数值分析时,对线性问题进行了计算机模拟,并着重研究了层合梁在两个方向上的弯曲与一个方向上的扭转变形的耦合关系。本文的结果与实验值及其他理论解相比,具有良好的一致性。     

恒速直线连续面扫描激光多普勒测振方法

介绍了一种恒速直线面扫描方式下的连续扫描激光多普勒测振(Continuous scanning laser Doppler vibrometry,CSLDV)方法。该方法在扫描多普勒测振系统的基础上,通过控制激光头两个相互垂直的扫描镜连续恒速运动实现激光点在被测平面连续扫描测试。本文阐述了恒速直线面扫描连续激光多普勒测振的基本理论,以及测试信号处理过程中的延迟去除和振型解调中的滤波器选择、坐标变换等内容,并以平板结构为例完成了连续激光多普勒测振实验及数据分析方法的验证,采用最小化虚部振型的方法解调了测试工作变形。结果表明,由恒速直线面扫描测试获得的工作变形与相应模态振型十分接近,可以作为空间分辨率很高的振型测试数据。连续扫描激光多普勒测振技术是一种高分辨率振型测试的高效方法,具有十分重要的应用价值。     

球面收敛二元矢量喷管气动及红外特性研究:模拟高空状态

针对高空状态下球面收敛二元矢量喷管排气系统,通过数值模拟研究了喷管俯仰偏转角对排气系统气动和红外辐射特性的影响,并与地面状态进行了对比分析.在该研究参数范围内,研究结果表明:在俯仰偏转角为20°范围内,俯仰偏转对排气系统推力系数和总压恢复系数的影响微弱,气动推力矢量角与俯仰偏转角几乎相等,高空状态下,喷管的推力系数和总压恢复系数下降0.5%与1.1%;热喷流峰值红外辐射强度仅为地面状态的12%~24%,排气系统的总体红外辐射强度峰值与地面状态下的比值峰值在0.35~0.45之间;随着下俯仰偏转角的增加,排气系统红外辐射峰值呈现下降的趋势.      

二元俯仰矢量喷管排气系统红外特征模拟实验

实验研究了二元俯仰矢量喷管排气系统在几何偏转角0°,10°,20°三种状态下的壁面温度分布与红外辐射特征,并与基准轴对称喷管排气系统进行了对比分析。结果表明:二元俯仰矢量喷管排气系统的红外辐射特征相对基准轴对称喷管排气系统有明显下降,正尾向降幅约10%;随着几何偏转角的增加,隔热屏与收敛段的温度逐渐上升,偏转段压力侧壁面温度略有上升,吸力侧壁面温度略有下降,最大变化幅值30K;排气系统红外辐射强度随偏转角增大而增大,尾向15°~45°和-15°~-60°范围内增幅明显,最大增幅可达70%。      

旋转圆柱对翼型气动特性影响的数值模拟研究

采用数值模拟的方法研究了旋转圆柱对NACA0015翼型气动特性的影响,着重分析了前缘旋转圆柱转速比和缝隙大小对翼型升阻特性的作用规律以及不同安装位置的高速旋转圆柱结合简单襟翼偏转下的翼型气动力特性。结果表明,高速旋转的圆柱代替翼型前缘可以有效地抑制翼型背风区的流动分离,延缓边界层的发展从而改善翼型气动特性。前缘旋转圆柱理想的转速比在4附近,缝隙在2.5mm至1.5mm之间可以满足使用要求。简单襟翼结合前、后缘高速旋转圆柱情况下翼型的气动力特性可以比拟精心设计的多段翼型。旋转圆柱具有增升减阻效果显著,需要主动输入的能量极少等优点,是一种具有良好应用前景的边界层流动控制技术。     

Effects of splined shaft bending rigidity on cylinder tilt behaviour for high-speed electro-hydrostatic actuator pumps

High-speed axial piston pumps are hydraulic power supplies for electro-hydrostatic actuators(EHAs). The efficiency of a pump directly affects the operating performance of an EHA, and an understanding of the physical phenomena occurring in the cylinder/valve plate interface is essential to investigate energy dissipation. The effects of the splined shaft bending rigidity on the cylinder tilt behaviour in an EHA pump need to be considered, because the deflection and radial expansion of a steel shaft rotating at a high speed cannot be ignored. This paper proposes a new mathematical model to predict the cylinder tilt behaviour by establishing a quantitative relationship between the splined shaft deflection, the cylinder tilt angle, and the tilt azimuth angle. The moments exerted by the splined shaft are included in the equilibrium equation of the cylinder. The effects of solid and hollow splined shafts equipped in an EHA pump prototype are compared at variable speeds of 5000–10,000 r/min. With a weight saving of 29.7%, the hollow shaft is experimentally found to have almost no influence on the volumetric efficiency, but to reduce the mechanical efficiency by 0.6–2.4%. The results agree with the trivial differences of the simulated central gap heights of the interface between the two shafts and the enlargement of the simulated tilt angles by the hollow shaft. The findings could guide designs of the cylinder/valve plate interface and the splined shaft to improve both the efficiency and power density of an EHA pump.     

舰载运输类飞机副翼飞行载荷设计

舰载运输类飞机布局紧凑，副翼兼备增加升力（襟副翼）、提供滚转力矩等作用。根据CCAR-25增升装置和滚转情况的设计准则，并考虑机舰适配性要求，研究了某舰载运输类螺旋桨飞机的襟副翼和副翼飞行载荷设计方法。通过机动仿真获得襟副翼、副翼典型载荷情况，通过面元法获得不同动力影响下的气动特性数据和压力分布数据，结合理论方法与工程需要，计算、筛选出襟副翼和副翼的载荷边界作为其设计载荷。研究结果表明，算例飞机的襟副翼和副翼飞行载荷受滑流影响较小；襟副翼在各个设计空速的迎面突风情况下获得设计载荷；副翼在设计俯冲速度的最大可用偏度情况下获得设计载荷。