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。     

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.     

磁拓扑结构对环型离子推力器放电性能的影响

为得到环型离子推力器最佳磁拓扑结构以有效提高推力器放电效率、降低放电损耗,对不同类型磁拓扑结构下的放电通道气体放电过程进行研究。采用PIC MCC数值计算方法对等离子体产生及运输过程进行数值模拟,分析磁场分布对等离子体密度分布、电子损耗率及放电稳定性的影响,结合统计结果,得到推力器放电性能曲线,最后进行试验验证。研究结果表明,相较多极场结构,环尖场磁构型能更好地约束电子运动,大幅降低其在阳极壁面损耗率,增加电子与中性原子碰撞概率,显著提高放电效率、降低放电损耗。     

基于本征正交分解的平流层风场建模与预测

平流层风场环境对临近空间低动态飞行器设计和轨迹控制具有重要影响。针对平流层风场建模,提出一种基于本征正交分解(POD)的风场数据降阶方法,在此基础上,提出一种可以对平流层风场进行预测的Fourier模型。以长沙地区2005—2009年风场为例,采用提出的POD方法与Fourier预测模型对风场进行建模与预测,并对Fourier预测精度进行分析。研究结果表明,采用POD方法可以对东西方向风场进行高效率高精度降阶建模;通过Fourier预测模型可以对东西方向风场进行准确预测,预测精度与实际风场随时间变化的规律性有关,风场数据越紧凑,周期性越明显,预测精度越高。      

地标自主导航的高精度地标库建立方法

利用地标信息的卫星自主导航方法是通过星载光学摄像机实时拍摄地标景象来计算卫星的位置、速度等参数,具有完全自主的特点,并且适用范围广泛,可用于能够周期性获得地面图像的航天器,但受到地标选取方法以及地标库建立策略的制约,影响到导航精度,阻碍了推广使用。针对上述问题,提出了建立全局及高性能的地标库,即采用全球地标控制点选取的原则选取性能优良的全球地标样本,并自动生成全局地标库。通过计算机仿真验证了该方法的有效性,结果表明,使用全球地标控制点选取地标样本,并自动生成全局地标库,可以快速而准确地为航天器进行高精度的自主导航,导航位置误差约为99 m,速度误差约为0.08 m/s。      

平流层爆发性增温期间大气变化特性的COSMIC掩星观测

利用高精度和高垂直分辨率的COSMIC掩星观测资料, 详细深入分析了2007年冬---2008年春平流层爆发性增温(SSW)期间10~60 km高度范围内大气的变化特性, 尤其是上平流层和低中间层大气的变化特性. 结果表明, 在SSW过程中, 温度场、风场和剩余环流都发生了明显的变化. 根据温度在主增温前和主增温盛期的变化特性, 在水平方向, 大约以55oN为界, 在垂直方向, 大约以42 km为界, 可以将温度场在纬度-高度的分布分为4个区域: 高纬下层增温区, 增温幅度约高达25 K; 高纬上层降温区, 降温幅度约达30\,K; 中纬下层降温区, 降温幅度约为几K; 中纬上层增温区, 增温也约为几K. SSW期间上下层大气纬向风场的变化规律基本相同. 在纬度方向以45oN为界, 45oN以北地区的西风减弱东风增强, 风场变化高达50 m/s; 45oN以南地区西风增强东风减弱, 变化幅度比较小, 约10 m/s. 在2008年1月下旬到2月底, 大气温度和纬向风有明显的振荡现象, 周期约为12天. 剩余环流的环流圈在SSW期间会发生反转, 由此也表明, SSW期间大气中物质的输运方向也会发生改变.