新型一体化热防护系统热力分析与试验研究

高速飞行器对结构效率的苛刻要求使得热防护系统不断趋于向轻质化、集成化方向发展,新型的力热耦合一体化热防护系统(ITPS)极具发展潜力.首先阐释了一种新型一体化热防护方案的概念与特点,总结了一体化结构设计的基本原则,数值分析了结构参数对背面温度响应、屈曲临界载荷的影响,结果表明腹板厚度对背面温度以及屈曲临界载荷的影响最大.然后设计并加工制备了ITPS的面板与单胞试验样件,分别展开了800℃的高温防隔热性能试验考核和屈曲性能的力学试验研究;试验表明腹板结构是引发热短路效应和屈曲的关键因素,屈曲试验与模拟结果吻合,高温屈曲分析表明温度梯度对屈曲特征有较大影响.     

红外窗口内冷防热机理及其性能预测

给出了红外窗口内冷防热机理和防热性能预测.以液氨作为冷却剂在窗口内通道流动,利用液氨由液态转化为气态的相变过程中大量吸热的特性,达到冷却窗口的目的.并采用有限元方法计算外部具有对流加热,内部有冷却剂吸热的窗口材料温度分布.本文计算结果与地面电弧加热器实验测量结果作了比较,两者较为吻合,验证了防热预测方法的可行性.     

利用数值模拟探讨新型轮毂处理的扩稳机理

采用三维定常 N-S方程, 对带有轴向斜槽和圆弧斜槽轮毂处理结构的压气机叶栅通道内湍流流场进行了数值模拟, 计算中首次采用网格分区的方法, 解决了因处理槽结构复杂而带来的网格系统难以建立的问题。通过对两种不同形式的处理槽内复杂的流动以及与叶栅通道端部气流相互作用的流场的分析, 进一步揭示了传统的轴向斜槽处理轮毂和新型的圆弧斜槽处理轮毂的扩稳机理的联系与差别。      

Thick galactic cosmic radiation shielding using atmospheric data

NASA is concerned with protecting astronauts from the effects of galactic cosmic radiation and has expended substantial effort in the development of computer models to predict the shielding obtained from various materials. However, these models were only developed for shields up to about 120 g/cm² in mass thickness and have predicted that shields of this mass thickness are insufficient to provide adequate protection for extended deep space flights. Consequently, effort is underway to extend the range of these models to thicker shields and experimental data is required to help confirm the resulting code. In this paper empirically obtained effective dose measurements from aircraft flights in the atmosphere are used to obtain the radiation shielding function of the Earth's atmosphere, a very thick, i.e. high mass, shield. Obtaining this result required solving an inverse problem and the method for solving it is presented. The results are shown to be in agreement with current code in the ranges where they overlap. These results are then checked and used to predict the radiation dosage under thick shields such as planetary regolith and the atmosphere of Venus.     

Nonlinear H∞ based underactuated attitude control for small satellites with two reaction wheels

Underactuated attitude control is supposed to be used on spacecraft when failure happens with onboard actuators. One main problem with existing underactuated attitude control designs is their limited capabilities against disturbances. In order to solve this problem, an approach based on the theory of H∞$H\infty$ is proposed in this paper. Two propositions are derived from the H∞$H\infty$ theory to improve the robustness of one popular underactuated attitude control design, which was presented by Tsiotras et al. It is proved mathematically that the controller satisfying these two propositions respectively can stabilize the underactuated attitude system locally or globally. The numerical simulations show that the improved controllers based on the H∞$H\infty$ theory could provide higher pointing accuracy for small satellites against disturbances. This validates the effectiveness of the proposed H∞$H\infty$ based approach to improve existing underactuated attitude control designs.     

弹道导弹突防中的电子防护效能研究

分析了弹道导弹突防中的电子战威胁环境。针对弹道导弹突防阶段可能遭受的电子攻击模式,提出了相应的电子防护措施,并对防护措施的可行性和有效性进行分析和讨论。提出了弹道导弹突防阶段电子防护效能的概念,建立了电子防护效能评估指标体系,在此基础上建立了一系列电子防护效能评估模型。     

纯电动城市客车EMB执行机构驱动电机制动性能分析

传统气压制动系统存在压缩机、制动油箱和空气管路,占据较大空间,而采用电子机械制动(EMB)系统代替,不但可以减小空间,还能实现对夹紧力的快速响应和精确控制。以纯电动城市客车为目标车型,讨论了EMB执行机构方案,根据传统气压盘式制动器最大夹紧力推导出电机的堵转转矩和空载转速。据此设计了永磁无刷直流驱动电机,堵转转矩为10 N·m,空载转速为370 r/min。在Maxwell 2D中搭建驱动电机有限元模型,分析电机在消除间隙阶段和夹紧力增加阶段的制动性能。结果表明所设计的驱动电机制动性能可满足要求。     

大型飞机迎角保护控制律设计及试飞技术研究

针对大型飞机迎角保护控制律设计及试飞问题,通过杆位移-过载梯度的实时精确调整及取大值逻辑指令切换,设计了迎角保护控制律,实现拉杆到底飞机迎角达到且不超过限制迎角的目的。根据迎角保护控制律的功能及试飞目的,将整个试飞过程分为三个阶段,研究了各个阶段的试飞技术。仿真结果表明,所设计的控制律能够实现迎角保护功能,具有良好的控制效果。     

基于多滑模调节器切换的机动飞行边界保护控制

针对飞行器机动过程中关键飞行参数容易超出其边界的问题,研究了基于多滑模调节器的边界保护控制器。利用滑模方法设计多个边界调节器并采用最大/最小逻辑在各调节器之间进行切换。首先对边界约束集的正不变性以及系统最终的收敛性进行了严格的证明,然后通过将系统化为可控标准型,提出了确定系统最终收敛点的直观方法;其次通过引入分段线性滑模和分段二次Lyapunov函数对闭环系统的稳定性进行了分析;然后在此基础上给出了机动边界保护系统控制器的设计步骤;最后通过仿真表明,所设计的控制器能够保证在机动过程中关键飞行参数不越界的同时对输入指令进行很好的跟踪。     

1 500℃极端高温环境下高超声速飞行器轻质隔热材料热/振联合试验

远程高超声速飞行器处于极为恶劣的气动加热与振动耦合环境中,长时间的高温与振动载荷相互叠加会导致飞行器热防护材料出现裂纹、错位、剥离或脱落,甚至会引发致命的安全事故。因此热防护材料在极端高温环境下的地面热/振联合试验测试,对于高超声速飞行器的安全可靠性设计极为重要。建立高温与振动复合试验环境,设法解决轻质多孔隔热材料在强振动下,表面温度难于准确测量与控制的难题,制作水冷式隔热装置保护价格昂贵的振动激励设备等,实现了1 500℃高温环境下高超声速飞行器轻质隔热材料的热/振联合试验。得到非金属隔热材料陶瓷纤维板内部的断裂形貌及裂纹断面特征。根据试验前、后材料的表观及微观变化以及内部结合剂的变化等试验结果,对材料进行改进。经过试验测试后,达到了使用要求。本文建立的1 500℃极端高温环境下的热/振联合试验系统及试验结果为远程高超声速飞行器热防护材料的抗振动能力评估、隔热效果确定以及材料性能的改进提供了重要支撑。