基于气动辅助变轨的变气动外形飞行器概念研究--最优控制律问题

从一个天地往返飞行器的上升轨道和再入返回轨道的优化，以及适用不同飞行任务的变轨要求的气动外形问题，提出一项基于气动力辅助变轨的变气动外形飞行器的新概念研究。对于一个固定气动外形飞行器要同时满足上升轨道有效载荷最大和再入轨道热流峰值、过载峰值及机动性能约束下的成本最低往往是困难的。若同时满足不同飞行任务：飞往太空站的运输任务，空间拦截和交会机动巡航任务及星际探测任务，则更为困难，实际上是不可能的。文章研究基于气动力辅助变轨，在热流约束下，气动外形参数变化对最优控制的影响。其结论为：热流约束下的最优控制解，包括考虑推力协同变轨，除了在非约束弧的滚转角不直接受气动外形影响外，其余的控制律，升力系数和滚转角都是气动外形参数和攻角的函数。因而变气动外形可作为一项新技术，即通过气动外形参数变化和相应的变轨策略而获得性能和成本都最佳的用途很广的一种新型飞行器。     

超声速混合层气动声场的数值模拟

超声速混合层的噪声是气动声学研究的经典问题,制约着航空发动机性能的提升。本文用数值方法对超声速混合层声辐射特性进行研究,具体方法:用抛物化稳定性方程(PSE)计算混合层近场大尺度扰动演化,结合一种基于渐进展开和稳定性分析的积分预测远场声压,得到快慢两种模态马赫波辐射的强度和方向。分析了上下侧来流温度对气动声场的影响,结果表明,上下侧温度比小于1时,慢模态占优;而上下侧温度比大于1时,快模态占优。     

横流中空心锥形喷雾的扩散特性与影响因素

为了更好地理解和认识空心锥形喷雾射流与横向气流的掺混过程,基于可视化实验测量,针对空心锥形喷雾的初始雾化状态、喷射角度和雾化锥角以及横流速度等因素对空心锥形喷雾射流在横流中的扩散特性进行了系统分析。研究结果表明,随着横流速度的提高,流场中对称反旋涡对（CVP）结构变小,但其稳定性及产生的卷吸气流则是先增强而后减小;提高喷雾初始液滴的动量和数流率,均可以增大射流剪切层的贯穿深度和射流尾迹的伸展高度,同时使流场中CVP的涡量强度增大。基于实验测量结果,建立了空心锥形喷雾垂直入射横流条件下掺混流场液滴群CVP结构特征尺寸和剪切层轨迹的预测关联式。另外针对喷嘴雾化锥角和喷射角度的分析表明,当喷雾初始雾化状态相近时,随着雾化锥角的减小,流场中CVP的水平尺度减小但竖直方向尺度增大且结构更为稳定,同时喷雾液滴的贯穿深度增大;相比喷雾垂直于横流入射,当喷嘴以一定角度逆向横流入射时,CVP结构稳定性减弱,流场剪切层涡结构变大且剪切层区域液滴富集现象减弱,射流尾迹紊乱程度增加,反之,则流场剪切层涡拟序结构变小,射流尾迹现象减弱,CVP结构变小。     

考虑捷联导引头最小视场角约束的制导策略

针对高超声速飞行器捷联导引头,提出导引头最小视场角（FOV）约束问题。首先分析了导引头视线角变化规律,指出在攻击固定目标时,导引头最小视场角约束在弹道末段无法被满足,导引头将丢失目标。在此基础上,基于缩短导引头丢失目标距离的目标,提出一种满足导引头最小视场角约束的制导策略。该策略不依赖于末制导律形式,当最小视场角约束无法被满足时,改变原有制导指令,主动改变弹道轨迹以增加弹体视线角,避免超出视场范围。其次,针对飞行器过载约束,设计了制导策略切换点,在到达切换点时该制导策略将结束工作,避免末端过载过大超出约束。通过对比仿真验证了所提出制导策略有效性,能够大幅度减少导引头丢失目标距离,工程上有利于提高末端命中精度。     

基于微型叶片式涡流发生器的前体压缩面低能流掺混机理

为了改善高超声速飞行器前体压缩面边界层速度型的饱满程度,降低进气道壁面流动分离的潜在风险,提出了基于阵列微型叶片式涡流发生器的前体压缩面低能流掺混方法。采用数值模拟方法研究了涡流发生器在来流马赫数7状态下的流动特性,揭示了主要流动控制机理,并分析了安装角对掺混效果的影响规律。研究结果表明：微型叶片式涡流发生器可对近壁气流产生一定扰动,形成局部大侧滑角、低压区域,掺混的主要机理在于叶片两侧分别形成扫掠激波、膨胀波,诱导近壁流体向叶片方向偏转,形成局部横向迁移,进而与主流产生掺混效应;负安装角的涡流发生器的扰动能力最强,但总压损失也最大;正安装角时涡流发生器的扰动能力随安装角的增大而增大;相比于无控制状态,所有叶片式涡流发生器均可降低边界层形状因子,安装角15°时的边界层形状因子最小,边界层速度型最为饱满,说明该状态下壁面流动具有较优的抗逆压分离能力。     

俄结束“质子”号事故调查

俄罗斯联邦航天局一位代表称,跨部门委员会对质子M火箭5月16日发射“快讯”AM4R通信卫星失败的调查工作已经结束,调查结果已交给俄政府,以做进一步研究。此次失败导致火箭和卫星在中国上空的大气层中被烧毁。跨部门委员会分析研究了4种潜在原因,最大一种可能是第三级控制发动机涡轮泵的轴承毂失效。委员会还考虑了有意破坏的可能性。     

某机载探测系统自主回收技术的实现

针对某机载探测系统探头回收自动化程度低的问题,提出了在无需操作员干预情况下实现探头自主回收的技术方法。采用了先进的控制算法,将缆位角与探头、缆长进行结合并引入了绞车控制系统,使绞车对探头的回收速度及缆长可进行实时调整,并给出了3种不同缆位角摆动条件下缆长与探头回收速度的控制曲线关系。研发了自主回收装置,设计了能够实现自主回收功能的探头回收机构。实验验证表明：在无需人为干预的条件下,在缆位控制系统及自主回收机构的配合下,系统实现了对探头快速、安全的回收。     

回转误差测试中系统噪声分离技术

高精度主轴的回转误差和测试系统的噪声常处于同一水平,这极大地影响了用频域三点法测量主轴回转误差的准确性。针对同步误差（SEM）,提出了对含噪声信号进行等角度采样重构、集合平均和小波滤波的组合降噪处理方法,提出了根据传感器和被测主轴直径定量确定小波分解层数的方法,经仿真实验证明其具有良好的去噪效果。针对异步误差（ASEM）,提出了消除测试系统噪声的方法,研究了圈数对异步误差测试结果的影响规律。此外,搭建了测试系统,验证了所提方法的有效性。      

下肢康复机器人动力学建模约束违约抑制

U-K理论为获得约束多体系统的解析动力学方程提供了新的理念,但由于数值近似和截断误差等因素的影响,动力学方程在位置和速度层面上存在约束违约。Baumgarte约束违约稳定法（BSM）通过约束修正得到稳定的动力学方程。然而,Baumgarte参数的选择通常涉及一个试错过程,可能会出现失效的仿真结果。为此,利用经典的四阶Runge-Kutta法研究了Baumgarte参数选取问题,创建了基于BSM修正后的U-K理论的机器人系统解析动力学方程。以下肢康复机器人为研究对象仿真分析,结果表明:利用所提方法可以有效抑制约束违约,关节角度误差控制在-5×10-3（°）~5×10-3（°）范围内;关节角速度误差控制在-2×10-4~2×10-4 rad/s范围内;机器人末端执行器运行轨迹能够很好地贴近系统预定的目标。