基于逆最优问题的最优制导律及特性分析

在典型的能量最优制导律基础上,将制导律的2个特征根从有限的点/线区域扩展到所有可能的正实根区域,进而提出制导律中的逆最优问题。详细讨论了逆最优问题中性能指标加权矩阵的构造过程,给出了加权矩阵和Riccati矩阵的计算公式;将控制权矩阵选为time-to-go的负n次幂的形式,对加权矩阵的求解进行了举例说明。对8组不同的特征根研究结果表明,尽管每一对可能的特征根取值都能找到最优解释,但这并不能保证与其对应的制导律都能达到与典型能量最优制导律类似的制导性能,特征根取值越靠近典型能量最优制导律,则相对应的制导特性也越接近。     

基于SST湍流模型的模拟SRM内流场数值仿真

为准确模拟固体火箭发动机燃烧室内流场,采用基于格心的迎风型有限体积法求解定常雷诺平均Navier-Stokes方程,在空间离散方法上,采用AUSM-PW矢通量分裂格式,时间推进采用三阶三步TVD型Runge-Kutta显式方法,将Ment-er F R提出的SST( shear-stress-transport)湍流模型及其改进形式用于燃烧室湍流流场的数值模拟,并将计算结果与Wilcox的和Spalart-Allmaras湍流模型进行了对比。结果表明, Menter F R的SST湍流模型计算的燃烧室内的径向速度分布与实验值吻合得最好,最大误差约为5.1%;计算的燃烧室内湍流强度分布与实验的规律一致,而其余湍流模型计算的结果与实验值有很大差异。     

空空导弹固体发动机内弹道对导弹后体流场非定常影响的数值模拟

空空导弹高空工作过程中,外部的超声速来流与其固体火箭发动机的尾部喷流相互作用,形成复杂的非定常尾部干扰流场,影响导弹后体的工作环境。为了探寻发动机内弹道对导弹后体结构的非定常影响,采用双组分气体的非定常CFD仿真模型对某空空导弹发动机工作期间的喷管内流场和导弹外流场进行一体化数值模拟,研究了由多个自由剪切层、激波、膨胀波等组成复杂干扰流场的结构,以及在发动机内弹道和外流速度的非定场效应影响下其变化过程,在此基础上定量分析了由此引起的尾流的温度和燃气的扩散,以及在不同内弹道阶段发动机对导弹后体结构产生的影响。计算结果表明,非定常干扰流场在导弹后体附近产生不断变化的低速涡流区域,加速了温度和燃气的扩散,致使导弹尾端面区域受到高温气体冲刷,进而降低导弹后体结构的安全性。因此,空空导弹的后体设计有必要考虑并减少发动机内弹道与导弹外流的非定场影响对导弹后体安全性所造成的潜在威胁。     

大型固体发动机燃烧室立式贮存研究

为研究大型固体发动机对特殊立式贮存环境的适应性,开展了大型固体发动机立式贮存状态的受力分析以及立式贮存试验研究。基于大型固体发动机立式贮存环境条件的分析,综合考虑固化降温、充气内压等因素对发动机立式贮存的影响,开展了联合载荷作用下的计算分析。研究结果表明,发动机立式贮存状态相对初始状态前、后人工脱粘间隙都增大,前人工脱粘间隙增大较多,前人工脱粘开口部位轴向位移最大,中孔径向位移最大;发动机充气后药柱的变形量、前后凸环形药柱界面及药柱中孔处等效应力应变随内压提高有所提高,但前后凸环形药柱界面和药柱中孔处受力状态从三向或两向受拉变为三向受压状态,设计合适的充气内压有利于发动机的长期立式存放。燃烧室立式贮存试验实测了药柱立式贮存后的变形,实测结果与计算结果趋势一致。     

基于可用能的多电飞机能量利用率分析方法

为了分析复杂多电飞机系统的能量使用情况,将模块化系统建模与可用能分析方法相结合构造出一种能量利用率分析方法。利用该方法将多电飞机系统分成动力、电力、液压、机体、防冰除冰、环境控制和座舱等子系统,在完整巡航任务剖面内计算各子系统可用能的分配和使用情况,分析相同飞行状态下不同子系统以及相同子系统在不同飞行状态下的能量利用率。所采用的燃料可用能计算公式不仅考虑了化学能还考虑了燃烧状态的影响。结果显示,多电飞机中可用能损失主要发生在发动机中,液压作动系统紧随其次;防冰除冰单元在飞机盘旋阶段的可用能效率较低,在起飞着陆阶段效率较高。     

一种计算金属二次电子发射系数的解析模型

精确的金属材料二次电子发射系数模型对于计算空间大功率微波部件的微放电功率阈值至关重要,而现有的二次电子发射系数模型在准确性和工程应用两方面不能兼顾。通过分析二次电子的逸出几率,结合修正的Bethe能量损失规律,建立了金属材料二次电子发射系数的解析模型。进一步以未清洗的和Ar离子清洗过的Ag材料为例,用解析模型对试验测量值进行了拟合,在获得解析模型中关键参数的基础上建立了Ag材料二次电子发射系数模型。计算结果显示,在不同入射角度下未清洗和清洗Ag 材料的模型计算值与试验值的均方差在4%以内,表明提出的解析模型在减少拟合参数的基础上能够获得具体金属材料精确的二次电子发射系数模型,可用于精确模拟空间大功率微波部件的微放电功率阈值和加速器内部的电子云浓度。     

增强立尾效益的主动流动控制

本文叙述和讨论了某些增强立尾效益的主动流动控制（AFC）技术的研究。在NASA ERA项目支持下Rensselaer学院完成了4%和5%缩比立尾模型的合成射流AFC风洞试验,加州理工学院完成了14%缩比立尾模型的振荡射流AFC风洞试验,后者表明当动量系数为1.7%时可获50%的侧向力增量。基于将上述两种AFC技术集成于飞机系统的可行性研究,Boeing在Ames NFAC（40 ft×80 ft风洞）完成了B-757全尺寸立尾风洞模型试验,在风速为100 knots,方向舵偏角为30°和侧滑角为0°与-7.5°下,得出采用31个振荡射流激振器可获得20%侧向力增量。NASA ERA项目组与Boeing共同努力在2015年春实现了装有31个振荡射流激振器的B-757 ecoDemonstrator飞行试验。飞行员反馈和13%~16%侧向力增量的飞行试验初步分析结果表明了振荡射流AFC技术的成功。     

基于MCRWPT的电励磁同步电机研究

基于磁耦合谐振式无线电能传输对电励磁同步电机(EESM)进行研究。针对EESM电刷集电环结构不可靠及需要维护的缺点,探索采用谐振式无线电能传输方式为转子提供励磁电能。通过对EESM建模、转子磁场定向控制方法的讨论,建立EESM控制系统模型。进行样机试验,对EESM磁耦合谐振式无线励磁方法及转子磁场定向控制进行了初步验证。     

基于锁相环的永磁直线同步电机无传感器控制系统设计

设计了一种表贴式永磁直线同步电机无传感器控制算法。为克服低速运行时定子反电势过低不易观测的弊端,在静止坐标系下建立了定子电压的积分数学模型,将反电势观测项解耦为幅值固定易测的积分项。由于观测噪声的影响,通过传统直接计算法获得的速度信号毛刺现象较为严重,为此算法采用锁相环技术(PLL)对转子的位置和速度信号进行提取。建立PLL的二阶频域数学模型分析其稳态性能,并在输入信号存在相位阶跃、频率阶跃、频率斜升的情况下分别讨论了PLL的动态跟踪能力。仿真结果表明,算法能够实现转子位置、速度的准确观测,所构建的控制系统具有良好的稳定性和可控性。     

GTCP131-9A辅助动力装置性能参数换算公式研究

对GTCP131-9A辅助动力装置（APU）性能参数（排气温度和燃油流量）换算公式展开研究。提出了一种研究燃气轮机相似性的通用方法。采用这种方法得出了构成该单转子定轴燃气轮机相似的充分条件是需要有3个相互独立的相似准则数相等,这3个相似准则数可以是飞行马赫数、折合转速、折合功率,其他相似参数是这3个相似准则数的函数。根据该发动机相似性,采用小偏差法,给出了试车过程中存在的排气附加阻力、燃油热值偏差和功率偏差的性能参数的小偏差修正方程。结果表明:在输出功率和大气压力比值为定值的条件下,GTCP131-9A辅助动力装置性能参数换算公式是进气总温多项式与排气附加阻力修正项、燃油热值变化修正项、功率变化修正项之和。