粒子过滤在自主天文导航系统中的性能评估和应用

针对深空天文自主导航系统性能的评估,提出采用效用函数模型进行评估。这里以MATLAB为仿真平台,以深空探测为仿真背景、地火转移轨道为模型,采用天文测角自主导航,尝试提出一种有效的评估方法,同时将几种常见的粒子滤波算法应用于此模型中,通过数值和图形界面的形式显示不同滤波算法对导航性能的效用,结果表明该评估方法可有效反映和评估不同滤波算法的性能。     

飞机管道颗粒碰撞阻尼器设计与试验验证

飞机管道振动超标是严重威胁飞机飞行安全的重要故障,降低飞机管道振动水平,对于提高飞机可靠性和安全性具有重要意义。针对难于施加管道卡箍约束的飞机管道结构的减振问题,设计了一种基于颗粒碰撞阻尼技术的管道减振器。该减振器通过特定的结构设计,在不影响现有管道结构的基础上,很方便地安装到管道上进行减振。其减振原理是基于减振器内部的颗粒碰撞而导致的能量耗散,从而提高管道结构的阻尼效应。因此,将此颗粒碰撞阻尼器安装在振动管道上,在管道发生共振的情况下,管道振动峰值将明显降低。本文基于所设计的管道减振器,利用振动台试验研究了颗粒填充率对减振效果的影响,发现改变阻尼器内部颗粒的填充率,管道的振动随颗粒填充率的增加有先减小后增大的趋势,同时利用EDEM颗粒流仿真软件计算了减振器振动过程中颗粒的能量耗散情况,发现颗粒能量耗散速率最大时所对应的颗粒填充率与试验过程中管道振动加速度降到最低时所对应的颗粒填充率达到了一致,仿真结果与试验结果取得了很好的一致性。最后,将所设计的颗粒阻尼减振器安装在液压动力源管道上进行实际减振试验,测试了在安装减振器前后,试验管道在X、Y、Z三个方向的振动加速度,经过对比分析,发现安装颗粒阻尼减振器后,液压管道的压力脉动频率下的振动水平得到了明显抑制,试验结果充分表明了本文所设计的飞机管道颗粒减振器的有效性和实用性。     

固体火箭冲压发动机补燃室绝热层烧蚀试验方法

基于自主研发的氧-煤油烧蚀试验系统,发展了一种用于固体火箭冲压发动机补燃室热结构及材料烧蚀研究的试验方法。采用该方法开展了某型室温硫化硅橡胶基绝热材料的烧蚀试验,试验分别在含氧化铝粒子侵蚀和无粒子侵蚀条件下进行,并根据SEM图对比分析了粒子对材料表面微观形貌的侵蚀效应。结果表明:无粒子侵蚀条件下的试样经烧蚀后膨胀并分层,其平均线烧蚀率为-0.025mm/s;而粒子侵蚀条件下的试样平均线烧蚀率为1.901mm/s,试样中心区域的陶瓷层被粒子完全破坏,只留下极薄的热解层和裸露的碳纤维端部,碳纤维周围的基体主胶、颗粒填料及芳纶纤维均被高速焰流氧化剥离,充分说明粒子对绝热层材料的强剥蚀破坏效应;同时也验证了该方法能较好地模拟固冲发动机补燃室内的烧蚀热环境,可用于材料配方的筛选和耐烧蚀性能测试。      

高过载条件下固体火箭发动机绝热层失效研究

根据化学反应／两相流耦合,建立了铝粒子燃烧模型,通过化学反应速率模型的模化湍流燃烧,对含铝推进剂固体火箭发动机在高过载条件下的内流场进行数值研究。结果表明,过载条件下燃烧室局部异常铝滴积聚及剧烈的化学放热反应是导致绝热层异常烧蚀的主要原因。     

不同聚集因素对燃烧室凝相颗粒粒度分布的影响

设计了一种凝相颗粒收集装置,可对燃烧室内不同聚集状态下的粒子进行完整的收集,并对颗粒的形态影响较小。针对HTPB推进剂,开展了不同流通面积和颗粒浓度条件下的粒子收集实验,利用扫描电镜和激光粒度分析仪,对收集到的粒子进行了分析。结果表明,不同聚集状态下的凝相颗粒粒径均分布在0.1～200μm之间,随着流通面积的减小,小于3μm的颗粒逐渐减少,3～10μm之间的颗粒变化不大,大于10μm的颗粒逐渐增加,颗粒平均粒径d43和d50均逐渐增大,且d43和d50的变化率也逐渐增加;随着颗粒浓度的增加,颗粒平均粒径d43和d50增大较明显。     

PIV技术在近水平油水两相流研究中的应用

自行研制了用于油水两相流研究的PIV（粒子图像速度仪）实验系统。该实验平台主要用于研究近水平油井测量仪器内的油水两相管流。分别对水平油水两相流中的分层流和分散流的速度场进行了测量。油水两相流流动速度分布与单相流有着明显不同的特征。油水分层流情况下油相和水相之间存在比较显著的速度滑移。而在水包油分散流的情况下,由于油滴平均直径在径向上的不对称分布,以及小油滴具有更好的跟随性等原因,油滴的轴向速度也呈现不对称性。PIV技术在油水两相流研究中展示出良好的应用潜力。     

视线跟踪系统中的分级瞳孔定位算法

 基于视线跟踪的人机交互技术具有便捷性和快速性,可实现视线与计算机交互的目的。基于头戴式头盔视线跟踪系统,提出了一种分级瞳孔定位方法。为消除各种干扰因素对瞳孔定位的影响,首先利用图像二值化方法获取瞳孔区域,并进行最小外接椭圆的计算,然后利用瞳孔区域与最小外接椭圆的交叠区域与瞳孔区域的面积比值,判断是否为完整瞳孔。如果是不完整的瞳孔,则利用粒子群优化(PSO)算法和椭圆周差分算子在图像中搜寻最优椭圆位置,将其作为最终的瞳孔轮廓。基于视线跟踪系统的实验结果表明,该方法兼顾了速度和精度,是实现复杂环境下瞳孔定位的一个有效策略。     

带颗粒减振剂的碰撞阻尼的理论与实验

以两颗粒弹塑性碰撞耗能模型为基础,建立了带颗粒夹击的两球碰撞模型,在此基础上提出了带颗粒减振剂的碰撞阻尼的计算模型,模拟了在带颗粒减振剂的碰撞阻尼作用下的悬臂梁的减振性能.同时对悬臂梁在带颗粒减振剂的碰撞阻尼作用下的减振效果进行实验研究,理论计算结果与实验结果在振动周期、转折点、振幅及共振点迁移等方面均相吻合,验证了提出的模型.得到了以下结论:①带颗粒减振剂的碰撞阻尼的计算模型是可靠的;②带颗粒减振剂的碰撞阻尼具有优秀的减振性能,远远超过单体碰撞阻尼;③带颗粒减振剂的碰撞阻尼对于减小负阻尼的不利影响具有一定的帮助.      

湍流边界层相干结构空间拓扑形态的 层析TRPIV测量

用层析TRPIV(time-resolved paticle image velocimetry)技术精细测量了水洞中平板湍流边界层三分量速度的时空序列信号,提出了空间局部平均多尺度速度结构函数的新概念描述湍流多尺度涡结构的空间拉伸、压缩、剪切变形和旋转.用空间局部平均多尺度速度结构函数对湍流脉动速度进行了空间多尺度分解.用空间局部平均多尺度速度结构函数的新概念,根据湍流多尺度涡结构在空间流向的拉伸和压缩特征,提出了新的湍流相干结构条件采样方法,检测并提取了层析TRPIV数据中相干结构的“喷射”和“扫掠”事件中的速度、涡量等物理量的空间拓扑形态.发现在喷射和扫掠事件中均存在一对反向旋转的准流向“马蹄形”涡结构.      

基于自适应粒子群算法的航天测控系统任务可靠性分配

采用测控时序图描述任务时序逻辑关系,建立了各阶段的任务可靠性模型,讨论了可靠性分配时的约束条件和分配目标,从而构建了航天测控系统任务可靠性分配模型.在此基础上,设计了自适应粒子群算法,算法在迭代过程中通过惯性权重系数ω进行自适应调整,初始时能快速搜索全局解,后期能有效地搜索局部解.通过算例仿真,表明自适应粒子群算法在用于航天测控系统任务可靠性分配问题时具有分配结果优、收敛速度快等优点.