Advances in critical technologies for hypersonic and high-enthalpy wind tunnel

Hypersonic and high-enthalpy wind tunnels and their measurement techniques are the cornerstone of the hypersonic flight era that is a dream for human beings to fly faster, higher and further. The great progress has been achieved during the recent years and their critical technologies are still in an urgent need for further development. There are at least four kinds of hypersonic and high-enthalpy wind tunnels that are widely applied over the world and can be classified according to their operation modes. These wind tunnels are named as air-directly-heated hypersonic wind tunnel, light-gas-heated shock tunnel, free-piston-driven shock tunnel and detonation-driven shock tunnel, respectively. The critical technologies for developing the wind tunnels are introduced in this paper, and their merits and weakness are discussed based on wind tunnel performance evaluation. Measurement techniques especially developed for high-enthalpy flows are a part of the hypersonic wind tunnel technology because the flow is a chemically reacting gas motion and its diagnosis needs specially designed instruments. Three kinds of the measurement techniques considered to be of primary importance are introduced here, including the heat flux sensor, the aerodynamic balance, and optical diagnosis techniques. The techniques are developed usually for conventional wind tunnels, but further improved for hypersonic and high-enthalpy tunnels. The hypersonic ground test facilities have provided us with most of valuable experimental data on high-enthalpy flows and will play a more important role in hypersonic research area in the future. Therefore, several prospects for developing hypersonic and high-enthalpy wind tunnels are presented from our point of view.     

用于光波纳米推力器的颗粒供应技术和光聚积技术研究

为提高光波纳米推力器在轨应用的可行性,针对与其匹配的颗粒供应技术和光聚积技术进行研究。提出整个推进系统的设计思路,通过建立理论计算和数值计算模型,分析颗粒供应技术和光聚积技术的各项核心结构参数的设计方法。计算结果表明:颗粒供应装置的正负电极内径之比(W/D)会影响正负电荷产生的总量之比,在W/D=300/322附近时,正负电荷比例接近1:1。静电诱导电压为9 V,当中和通道长度大于37.5mm时,正负颗粒可以视为完全中和。光聚积设计思路可令聚积球对光能的利用率在32.8%左右。两种相关技术的装置与推力器在结构上能够对接、在性能上可以匹配,从理论上表明了两种支撑技术的可行性。     

基于健康蜕化的航空发动机传感器故障诊断(英文)

改进在线故障诊断算法使其能适应发动机健康蜕化是目前故障诊断所面临的困难,如果诊断算法没有自适应能力,在发动机健康蜕化后将失去其诊断功能。为了解决此问题,提出在线故障诊断算法,采用跟踪滤波器估计发动机的健康状况,机载模型根据跟踪滤波器的估计结果进行更新。更新后的机载模型能够与真实的发动机相匹配。这使得当发动机健康蜕化后在线故障诊断仍能保持其有效性。最后采用一组卡尔曼滤波器来对航空发动机传感器故障进行诊断与隔离。通过设计好的一组卡尔曼滤波器,能够诊断并隔离出故障。本文使用非线性发动机模型来验证此方法,仿真结果表明本文提出的在线诊断方法在发动机健康蜕化后仍能保持其有效性。     

固定小翼颤振激励系统试飞验证

针对一种新研制的带开缝旋转圆筒固定小翼激励系统,对其工作特性和激励力特性进行了试飞验证。试验结果表明,该系统工作特性基本达到了最初的设计指标要求,激励力特性理论计算与实测结果基本吻合,为该系统进一步的应用奠定了基础。     

压电-光纤综合结构健康监测系统的研究及验证

以某型无人机机翼盒段试验件为对象,进行了压电-光纤综合结构健康监测系统的研究。自主研发了国内首台集成压电多通道扫查系统,可实现多达552个激励 传感通道的损伤自动扫查,并同光纤光栅解调系统组合,自行开发了集成健康监测系统软件,构成了压电-光纤综合结构健康监测系统。基于该系统进行了大型碳纤维复合材料盒段试验件弯扭强度实验过程中的结构健康监测功能验证研究,监测结构尺寸达4000 m×1200 m×0.265 m,监测对象包括结构的应变场分布及抽钉失效。系统监测了全盒段上下壁板共34点的应变场分布情况,应变场监测准确;监测系统不仅对结构抽钉的缺失实现了准确监测,而且可以分辨所实验结构的4种抽钉缺失程度。     

无轴承开关磁阻电机平均悬浮力控制策略

 无轴承开关磁阻电机是一个复杂的非线性系统,因此其控制策略的研究非常重要。高速时由于反电势的增加,使悬浮绕组开通时刻电流难以跟踪,导致瞬时悬浮力难以控制,因此有必要研究基于平均悬浮力和平均转矩的无轴承开关磁阻电机控制策略。根据无轴承开关磁阻电机的悬浮原理和数学模型,设计平均悬浮力和平均转矩的控制策略。主绕组电流和悬浮绕组电流均采用方波控制。推导了平均悬浮力与绕组电流之间的关系,以及主绕组电流和悬浮绕组电流的计算公式。给出了超前角和绕组电流的计算流程。针对12/8结构的无轴承开关磁阻电机,设计了以数字信号处理器TMS320C2812为核心的控制系统。通过实验给出了绕组电流波形和转子位移波形。实验结果显示了电机的稳定悬浮,验证了此控制策略的可行性。     

非均匀栅距对轴流压气机流动影响的数值研究

本文进行了非均匀栅距叶片排的轴流式压气机流场数值研究,进口导叶采用了不同的非均匀栅距结构,探讨了不同工作状态下对压气机性能及动叶非定常气动力的影响。数值研究中采用LU-SGS隐式解法与双时间方法相结合,求解圆柱面二维流动的雷诺平均非定常N-S方程。数值研究的结果表明,进口导叶非均匀栅距结构对压气机气动性能影响不大,但对动叶表面受到的非定常气动力有一定影响。采用不同的非均匀栅距进口导流叶片排结构型式,动叶表面的非定常气动力的分布是不同的。不同工作状态下的计算结果显示,即使采用相同的非均匀栅距结构,非定常气动力的分布特性也是不相同的。     

颗粒阻尼对直升机旋翼桨叶减振效果的试验

 为探索直升机减振技术的新方法,研究颗粒阻尼技术在直升机旋翼桨叶减振中的应用,设计了直升机旋翼桨叶模型及其相应的颗粒阻尼器形式,利用试验方法研究了颗粒阻尼对非旋转及旋转桨叶模型的阻尼减振效果。试验结果表明：颗粒阻尼可以有效提高非旋转桨叶模型的前3阶阻尼水平,尤其可使桨叶第3阶模态阻尼比提高一个数量级甚至更多;在较低的转速范围内,颗粒阻尼还可以克服离心力作用,使旋转桨叶模型的挥舞和摆振加速度响应水平均得到有效削减,充分表明了颗粒阻尼作为一种振动控制手段应用于直升机旋翼桨叶的可行性。     

基于傅里叶变换的航迹对准关联算法

研究了在组网雷达存在系统误差情况下的目标航迹关联问题,理论分析了雷达系统误差对目标航迹的影响,并将该影响表示为目标航迹的旋转和平移量。在此基础上,提出了一种基于傅里叶变换的系统误差配准前航迹对准关联算法,该算法将组网雷达的航迹数据看做为一种整体信息,采用傅里叶变换理论来估计和补偿组网雷达目标航迹数据到融合中心航迹数据的相对旋转量和平移量,将雷达网中雷达上报的目标航迹数据对准到融合中心,从而不依赖于估计雷达网系统误差,实现了误差配准前的航迹准确关联,能够为后端的系统误差配准提供可靠的关联目标航迹数据。     

航空机载谐振膜式密度传感器的研究

针对飞机飞行中燃油量的在线实时测量需求.设计了基于谐振原理的新型谐振膜式液体密度传感器.对谐振膜片进行了数学模型分析,并设计了基于数字闭环方法的谐振膜式密度传感器整体结构.试验结果表明,该传感器测量精度较高,稳定性较好,结构简单,便于加工,能满足航空煤油在线实时测量的需求.