空间太阳能电站微波能量传输验证方案设计

微波能量传输技术作为空间太阳能电站（SpaceSolarPowerStation,SSPS）的关键技术之一,目前的研究和验证工作均集中在各单项技术的突破和验证,缺乏针对SSPS系统特点的全面优化设计。文章根据SSPS的工作模式给出了全面验证空间太阳能电站微波能量传输的验证系统方案设计,对收发天线进行了一体化设计,利用了幅度近似高斯分布的发射阵列场分布设计和低反射的接收整流阵列设计,以高精度来波方向测量和高精度移相控制为波束指向控制的技术途径。对验证系统的波束收集效率进行了分析,收集效率可达94.2%,比传统均匀分布系统高出17.6%。验证系统可从系统规模缩比、波束扫描范围、发射天线口径场分布、整流天线处功率密度、反向波束控制方法等方面模拟SSPS微波能量传输工作模式,推动SSPS系统技术的发展。     

阴阳极进气量对附加场磁等离子体推力器性能的影响

针对附加场磁等离子体推力器阴阳极供气量对推力器性能的影响进行了研究。采用试验方法测量了稳态AF MPDT的束流参数以及放电电压、放电电流、附加磁感应强度等工况参数,测量计算了推力、效率等性能参数。通过改变阴阳极供气比例,分析研究了初始气体分布对推力器性能及物理机制的影响。研究结果显示,阴极供气比重增大时,推力器推力及效率相应增大,但增大到一定比例,推力器出现工作不稳定导致性能下降,说明阴阳极存在最佳的供气比例,表明供气比例对推力器性能具有重要影响。     

槽道内涡波流场展向涡的分布特征

通过2DPIV测量了槽道内涡波流场的瞬态速度矢量场,利用雷诺分解和旋转强度的λci准则进行了展向涡的识别;并从识别的逆时针和顺时针展向涡的尺度属性、力学属性和运动属性方面分析了展向涡的分布特征。结果表明,流场中的顺时针展向涡的数量大于逆时针展向涡的数量;在法向位置0.05~0.45范围内,逆时针展向涡的旋转强度呈抛物线形状变化,顺时针展向涡整体呈下降趋势;逆时针展向涡的平均直径和椭圆平均长轴长度随着法向位置的增加而缓慢增加,而顺时针展向涡趋于下降;逆时针展向涡的椭圆长轴倾角最大值为67.28°,顺时针展向涡的等效椭圆的离心率呈下降趋势,似圆性较好;逆时针展向涡对全局平均的〈vωz〉分量在法向位置0.15处出现最大值61%;展向涡对流场雷诺应力的影响较小;逆时针展向涡的数量密度在0~0.08法向位置范围内呈急剧上升趋势,并达到最大值0.36,顺时针展向涡数量密度整体呈倒U形分布;不同旋向的展向涡占总展向涡数量密度的比值都大于0.3;展向涡的流向对流速度整体上小于流场的平均速度,且在槽道中心区域差值较大;展向涡的法向对流速度随着法向距离增加,从负值上升到正值,在中心主流两侧分别发生喷射和扫掠2种现象。     

复杂载荷下偏心穿透裂纹应力强度因子的计算方法

提出了三维矩形平板内偏心穿透裂纹承受复杂非线性载荷下,仅含有3个系数的通用权函数。采用有限元法获得了三维矩形平板裂纹体模型下的3组参考应力强度因子,结合二元拉格朗日插值法获得了通用权函数系数。进行了自洽性验证以及裂纹面上承受简单3次、5次、7次、复杂幂函数应力分布和残余应力分布下通用权函数的验证。结果表明,通用权函数的自洽性误差在0.9%以内;裂纹面上承受复杂幂函数应力分布时,通用权函数法的误差在4.5%以内;裂纹面承受残余应力分布载荷时,通用权函数法的误差在8.5%以内。说明所提出的通用权函数具有较高的计算精度,可以满足工程中高效、准确地计算偏心穿透裂纹承受任意复杂非线性载荷下的应力强度因子需求。      

基于转子轴向通风孔尺寸及拓扑结构的电机性能研究

针对传统路法在定量分析转子轴向通风孔尺寸对电机性能影响时表现出的狭隘性,以1台400 kW、6 000 V高压异步电动机为例,建立了场-路耦合的二维瞬态电磁场时步有限元模型,分别对不同的转子轴向通风孔尺寸拓扑结构下电机内的电磁场进行了计算,分析了转子轴向通风孔尺寸及拓扑结构对电机内气隙磁密、损耗、径向电磁力等电磁特征量影响的演变规律。以此为基础,探讨了转子轴向通风孔尺寸及拓扑结构对电机起动、运行性能的影响。最后,通过对比电机有限元计算结果与试验结果,验证了计算方法的准确性,为转子轴向通风孔尺寸及拓扑结构的设计和优化提供了理论依据。     

基于FPGA的永磁同步电机电流环带宽拓展的比较研究

分析了电流环的数学模型,导出了电流环闭环传递函数,得出带宽的大小与系统延时的大小成反比。传统基于数字信号处理器的PMSM电流环的延时比较大,转速变化越大,带宽的影响越明显,而采用现场可编程门阵列FPGA控制的PMSM,可以将电流环的延时缩小一倍,进而改善速度环的响应能力并试验验证理论分析。     

开槽尾流板对跨声速涡轮平面叶栅流场影响的实验

采用数值计算和实验相结合的方式研究了开槽尾流板对跨声速涡轮平面叶栅流场周期性的影响。通过数值计算研究了不同开孔率（10%、15%、30%、50%）和偏转角度（70°、71°、72°）下尾流板对叶片表面及叶栅流道出口压力分布的影响,并通过实验验证了尾流板对流道出口流场周期性的改善作用。结果表明:无尾流板时叶片表面压力分布明显偏离周期性计算结果,且流道出口压力分布的周期性误差较大;尾流板偏转角度和开孔率会影响叶片表面及叶栅流道出口的压力分布,适当调节尾流板参数能改善流场周期性;安装开孔率为50%,偏转角度为70°的尾流板时各流道出口的压力分布一致性最好且最接近周期性计算结果,计算和实验结果的周期性误差较无尾流板时分别降低47.6%和28.1%。      

考虑磁滞效应的电抗器二维电磁场计算

将JA模型与电磁场数值分析方法相结合,在考虑铁心的磁滞效应的情况下,推导出电磁场的有限元计算模型。分别采用基本磁化曲线和磁滞回线两种不同的方法对电抗器的电磁场进行仿真计算。研究结果表明磁滞现象对电抗器电磁场的计算影响较大,因此考虑磁滞效应的电磁场数值计算模型,为进一步研究电抗器的发热问题奠定了理论基础。     

测压孔径对下沉安装压力传感器测量的影响

对于高超声速飞行试验,飞行器在飞行过程中产生的气动加热会使其表面安装的传感器烧坏并导致试验测量失败。传感器下沉安装可以避免其与飞行器周围的高温气体直接接触,减轻传感器的热载荷。采用下沉安装传感器的方式对高超声速边界层的脉动压力进行了试验测量,研究了测压孔径对脉动压力特性的影响。结果表明,随着孔径增大,脉动压力强度减小,流场相关性增强。传感器下沉安装会引起空腔流动,随着孔径的增大,空腔流动对脉动压力测量的影响降低。在频带10~20 kHz范围内,测压孔径仅仅影响脉动压力强度,在频带1~10 kHz范围内,测压孔径对脉动压力波形周期的影响更为显著。非线性耦合将能量由高频小尺度向低频大尺度传递,导致发生自相互作用和非线性相位耦合的流动结构趋向低频,随着孔径增大,非线性相位耦合消失。此外,孔径越大,不同尺度结构的能量分布与齐平安装的相似性越高。     

Simulation-based evaluation of a cold atom interferometry gradiometer concept for gravity field recovery

The prospects of future satellite gravimetry missions to sustain a continuous and improved observation of the gravitational field have stimulated studies of new concepts of space inertial sensors with potentially improved precision and stability. This is in particular the case for cold-atom interferometry (CAI) gradiometry which is the object of this paper. The performance of a specific CAI gradiometer design is studied here in terms of quality of the recovered gravity field through a closed-loop numerical simulation of the measurement and processing workflow. First we show that mapping the time-variable field on a monthly basis would require a noise level below $5\text{mE}/\sqrt{\text{Hz}}$. The mission scenarios are therefore focused on the static field, like GOCE. Second, the stringent requirement on the angular velocity of a one-arm gradiometer, which must not exceed ${10}^{-6}$?rad/s, leads to two possible modes of operation of the CAI gradiometer: the nadir and the quasi-inertial mode. In the nadir mode, which corresponds to the usual Earth-pointing satellite attitude, only the gradient $V_{\mathit{yy}}$, along the cross-track direction, is measured. In the quasi-inertial mode, the satellite attitude is approximately constant in the inertial reference frame and the 3 diagonal gradients $V_{\mathit{xx}}\text{,}{V}_{\mathit{yy}}$ and $V_{\mathit{zz}}$ are measured. Both modes are successively simulated for a 239?km altitude orbit and the error on the recovered gravity models eventually compared to GOCE solutions. We conclude that for the specific CAI gradiometer design assumed in this paper, only the quasi-inertial mode scenario would be able to significantly outperform GOCE results at the cost of technically challenging requirements on the orbit and attitude control.