高温结构可靠性分析的时变响应面法

高温条件下结构的本构方程和承载能力都随时间变化,传统的结构可靠性模型在分析这种时变结构可靠性问题时效率较低.提出一种可用于高温结构可靠性分析的热响应与响应量阈值均随时间变化的时变响应面法.首先,通过引入结构各基本变量与时间的交叉二次函数并结合Box-Behnken试验设计建立结构热响应量的时变模型;进而,以温度为中间变量,建立结构响应量阈值与时间的函数关系,据此得到用随机过程表示的时变极限状态函数.具体给出了基本变量服从正态分布情形下的结构时变可靠度计算方法.算例分析表明该方法切实可行,能够在保证计算精度的基础上大幅提高计算效率.      

基于Krylov子空间法的柔性航天器降阶研究

带大型柔性附件的复杂航天器,其弹性变形通常用有限单元法描述.由于有限元节点坐标数目庞大将会给动力学方程求解和控制策略的实现带来巨大负担,因此对柔性太阳电池阵的动力学模型降阶进行研究.利用单向递推组集推导带太阳电池阵的航天器的刚柔耦合动力学方程,分别采用模态截断法、模态价值分析法和Krylov子空间法对太阳电池阵进行模型降阶,比较不同降阶模型和全有限元模型的动力学仿真结果.仿真结果表明,无论是否考虑大范围运动的影响,采用Krylov方法只需要较低的自由度就可以得到和采用有限元方法完全一致的结果.说明Krylov方法能够有效地降低航天器柔性附件的自由度,提高动力学仿真的效率,便于驱动控制的实现.     

深空探测中的钚-238同位素电源

钚-238同位素电源(钚-238 RTG)能够在恶劣环境下长时间自持运行,供电的同时还能提供热能,是深空探测任务的理想能源。首先对温差型钚-238 RTG发电原理和基本结构进行了阐述,介绍了国内外钚-238 RTG应用历史和发展趋势,进而梳理出了钚-238 RTG研制关键技术,然后结合国外钚-238 RTG研制技术状况及未来深空探测需求,对上述关键技术进行了分析和讨论,从而可为我国钚-238 RTG技术发展及其工程应用提供参考。     

基于扩张状态观测器的泵控电液伺服系统滑模控制

以泵控电液伺服系统为研究对象,提出了一种基于扩张状态观测器的滑模位置跟踪控制策略。首先,利用奇异扰动理论对泵控电液伺服系统的数学模型进行降阶处理,得到降阶泵控电液位置伺服系统数学模型。其次,针对泵控电液伺服系统工况的复杂性及外负载干扰问题,设计了扩张状态观测器对系统干扰在线观测,同时该观测器还可以对活塞杆的位置和速度信号进行估计。然后,利用观测到的干扰信号及速度信号,基于滑模控制理论设计了滑模变结构控制算法,对所提出的控制策略的稳定性进行了理论分析。最后,利用MATLAB/Simulink和AMESim仿真平台,搭建了泵控电液伺服系统的联合仿真模型,对算法的可行性及有效性进行了仿真验证。仿真结果表明,所设计的扩张状态观测器能对干扰进行精确估计,基于扩张状态观测器的滑模控制策略的位置跟踪性能显著优于PID控制器和传统滑模控制器,且对外部干扰力具有较强的鲁棒性,提高了泵控电液伺服系统的控制性能。      

模拟月壤铺粉过程DEM数值仿真

空基激光选区熔化（SLM）技术与原位资源利用（ISRU）概念结合,有望解决地外大规模基地建设的工程难题。SLM铺粉过程对成形件性能和质量有重要影响。基于非球形粒子叠加球模型方法,建立模拟月壤颗粒几何模型;基于线性弹簧-阻尼接触作用模型、Hamaker理论及牛顿运动定律,建立颗粒动力学模型;采用三维离散单元方法（DEM）及软球模型,进行不同工况下模拟月壤在铺粉过程中的流变特性研究。结果显示:所提模型和方法能开展指定工况和环境参数的模拟月壤颗粒系统流动性和堆积行为数值仿真研究;月面低重力环境导致粉床表面粗糙度变大、堆积密度和平均配位数变小;通过降低铺粉速度和优化刮刀型面,可以有效改善月基铺粉的粉床质量,获得更密实和均匀的粉床结构。      

翼尖铰接复合飞行器动力学特性研究

航空飞行器通过翼尖铰接机构复合飞行时的气动耦合效应,会造成飞机产生不同于其单独飞行时的动力学特性,出现复合飞行安全问题。为研究翼尖铰接复合飞行器的动力学特性,使用Newton-Euler方法和Robberson-Wittenburg方法建立了双机组成的翼尖铰接复合飞行器多刚体系统整体和内部的7自由度非线性动力学和运动学方程组。在气动准定常假设下建立双机复合系统非耦合气动力表达式,基于CFD方法开展复合飞行器系统的三维实体建模和非结构网格划分工作,获取复合飞行器系统的气动力数据。搭建动力学仿真平台,开展准配平方案和全配平方案下的动力学仿真。仿真结果表明:准配平方案下飞行器无法持续稳定飞行,而全配平方案下复合飞行器系统各运动参数在仿真时间内始终趋于稳定。在全配平方案下,使用小扰动假设的非解耦线性化方法重新整理7自由度动力学方程组,研究复合飞行器系统运动模态的特征值中出现的2个发散新模态,根据对应的特征向量发现2个发散模态分别由相对滚转角度和角速度主导,同时也比较分析了其他运动模态相比单机飞行时的特性变化规律。      

纳米酚醛气凝胶材料高温热物性参数辨识方法

临近空间高超声速飞行器大面积区域可能广泛采用纳米酚醛气凝胶(IPC)材料,获取高超声速气动加热作用下IPC材料的高温热物性参数,对于高超声速飞行器热防护系统的精细化设计具有重要的意义。考虑烧蚀效应的材料高温热物性参数辨识方法研究,基于Ablation Workshop烧蚀热响应标准算例对高温热物性参数辨识方法进行验证,计算结果表明：热物性参数辨识分析方法计算精度较高;通过带分层温度/烧蚀传感器的IPC材料电弧风洞试验,得到典型来流状态下不同厚度IPC材料内部的温度分布及热解厚度分布数据,通过辨识获得高温烧蚀条件下IPC材料热导率随温度的变化关系,IPC材料原始层热导率在温度低于800 K时随温度缓慢上升（热导率维持在0.1 W/(m·K)以下）,之后材料热解使得热导率发生突变,碳化层热导率在温度高于800 K时随着温度的上升急剧增大,到1 300 K左右时上升到0.17 W/(m·K)。     

冗余系统两种应力-强度分布模型的可靠度计算

本文运用应力-强度干涉理论,说明如何确定相同设备(或元件)构成的冗余系统的可靠性。讨论了冗余系统的并联和从n中取k两种结构形式的数学模型,推导了应力和强度服从瑞利分布的并联冗余系统,以及应力和强度分别服从麦克思韦分布和瑞利分布n中取k冗余系统的数学公式。最后,给出这两个模型在应力作用下,对应于不同的强度参数,设备或元件的可靠性曲线,直观地说明应力强度参数的改变对可靠性的影响。     

有色噪声补偿下降阶系统状态的最优估计

在大型空间结构的控制系统设计中,降阶系统的状态估计是非常重要的环节,它直接关系到控制器的性能。针对B.Friedland的工作,本文提出了有色噪声补偿模型,在恒等变换下显式地消去了有色噪声项,利用正交投影定理仅对感兴趣的状态分量导出了无偏、最小方差估计。这组递推估计式与采用增广状态方法相比,不仅在处理容量、计算效率上有很大改进,而且是标准Kalman滤波方程的推广。注意到原系统与降阶系统之间的内在联系,本文采用随机系统分析方法,给出了在高斯、马尔可夫假设下,有色噪声模型特征参数的在线识别技术。数字仿真表明,对偏差补偿起主要作用的是有色噪声补偿模型中的驱动白噪声项,这是对B.Friedland工作的发展。     

模型自由飞试验的可靠性问题初探

在飞行器气动力汽动热的各种研究方法中，由于模型自由飞试验的涉及面最广、技术最复杂、影响因素最多、风险最大──摸型直接在自由大气中飞行，因而其可靠性问题更显尖锐。本文提出了模型自由飞试验的可靠性定义；强调指出研究模型自由飞试验的可靠性问题之根本目的在于提高其经济性、试验效率和安全性；较为详细地剖析了影响模型自由飞试验可靠性的１７个主要因素──在制定模型自由飞试验研究的总体方案／各分系统方案，以及在整个模型自由飞试验研究工作的进程中，它们都是不容忽视的重要技术环节。