气体介质条件下的热电偶动态特性

针对热电偶动态特性的评估问题,实现热电偶测试性能评估与气体介质条件的匹配,开展了气体介质条件下热电偶动态特性研究。通过对传统激波管的结构和功能改造,设计了动态气体温度校准装置,开展了动态温度校准标准信号溯源方法的研究,建立了热电偶动态数学模型,实现了热电偶动态特性的定量描述和试验验证。动态校准试验结果表明:基于传统激波管改造的动态气体温度校准装置可以产生频域覆盖范围宽、阶跃幅值稳定的标准温度信号,基本可以覆盖常规温度传感器的动态校准需求;所采用的动态建模方法可以较为准确地评估热电偶动态模型的阶次和参数。经实验验证,建立的热电偶动态数学模型响应与实际响应信号的相关系数可以达到0.996 7,基本可以满足热电偶动态特性评估的工程需要。     

旋转状态边界层速度场及温度场特性实验

针对涡轮转子叶片内冷技术,使用TR-PIV(time resolved particle image velocimetry)技术与热线技术同步原位测量了壁面加热条件下旋转通道内边界层速度场和温度场特性。结果显示:旋转数大于0.48时前缘面附近出现了回流现象,并从受力分析的角度给出了解释;回流区一般出现于流场下游、较大密度比、较高旋转数下,可以利用回流区的影响达到增强前缘面换热的目的;得到了旋转条件下无量纲温度型、温度脉动量和努塞尔数的变化规律,可以看出湍流边界层内部的温度场分布在旋转效应的影响下产生了强烈的不对称性,与静止条件下的标准规律相比会产生一定的偏差。     

电位法测量微缺口试样的数值分析

疲劳寿命受到材料内部缺陷的制约,可以通过电位法试验获得微缺口试样的疲劳裂纹扩展规律,进而分析缺陷对材料疲劳寿命的影响。在试验前,需要预先研究试验的主要影响因素。利用COMSOL有限元软件,研究了电流输入点位置和电势差测点位置对试验精度和试验复现性的影响,计算得到不同裂纹前缘形状对应的电位法校核曲线。结果表明:(1)电流输入点位置位于试样平行于裂纹面的上下表面时,可以保证试验的复现性。(2)当测点位于裂纹面的垂直对称面上,且测点距离裂纹面垂直距离为0.06～0.1倍试样宽度时,可以同时满足测试精度和复现性。(3)当裂纹宽度和裂纹深度的比值3时,可以不考虑裂纹前缘形状对校核曲线的影响,当裂纹宽度和裂纹深度的比值≤3时,裂纹前缘形状对校核曲线的影响较大。     

卫星姿态控制推力器布局分析

针对卫星姿态控制过程中推力器数目和分布的选取问题,给出了星上常用的4种推力器安装布局,通过相平面控制,给出了各个稚力器的喷气时间,通过对不同布局下系统的控制精度、燃料消耗和可靠性等方面进行分析和比较,给出了推力器布局设计准则.该准则表明系统的可靠性和燃料消耗是推力器布局设计的主要参考依据.     

嵌入式实时操作系统在运载火箭中的应用研究

操作系统的作用随着飞行控制功能的不断增强而逐渐体现出来。本文结合我国运载火箭飞行软件的发展,梳理出可以考虑采用操作系统的前提条件,对使用操作系统的优劣进行了客观分析。针对飞行控制的典型应用,提出了适宜操作系统承担的基本功能。在此基础上,较为详细地介绍了操作系统中故障与设备状态管理功能的实现,并通过共享资源的使用对如何有效发挥操作系统多任务管理的作用进行了示例。     

空间机械臂视觉相机内参标定技术研究

针对空间机械臂视觉相机的任务需求与配置,内参标定技术是相机高精度获取合作目标位置、方向等运动信息的首要前提和重要保障。文章设计了一种基于二维平面靶的机械臂相机内参标定方法,用于解算焦距、主点坐标、畸变系数等。首先,利用相机拍摄多幅平面靶图像,求解平面靶与相机图像之间的映射矩阵;其次,构建相机内参约束方程;再次,利用特征值分解,解算焦距、主点坐标等参数值;最后,引入径向、切向畸变构建非线性模型,将解得的内参作为初值,利用Levenberg-Marquardt优化算法即可计算出相机内参最优解。试验结果表明,该方法完全适用于机械臂相机内参标定,标定结果均满足机械臂视觉相机获取合作目标三维位姿的测量精度要求。     

减少铸造Al-Si合金Sr变质潜伏时间工艺研究

Sr变质潜伏时间延长除了给生产带来很多不便外,还会造成Sr烧损增加,变质效果衰退以及铝合金表面氧化-吸氢加剧,对合金造成污染,其中液态金属温度,液态金属的对流强度,Al-Sr合金的几何尺寸及表面状态是影响Sr变质潜伏时间的重要因素。通过建立物理模型,对Sr扩散过程进行流场模拟计算,并进行了试验验证。通过工艺改进,Sr变质潜伏时间由60分钟,缩短至20分钟,变质后合金性能优良,Al-Sr合金取得了良好的变质效果。     

一种强耦合Spalart-Allmaras湍流模型的RANS方程的高效数值计算方法

在工程实际中,一方程湍流模型或两方程湍流模型的求解通常和雷诺平均Navier-Stockes (RANS)方程的求解是解耦的,也称之为松耦合求解.在松耦合求解过程中,RANS方程和湍流模型方程通常采用不同的数值方法异步求解.这种求解方式很容易产生因两者计算精度不一致而引起的额外数值耗散.为了消除这种耗散,将RANS方程与Spalart-Allmaras模型方程耦合成一个系统方程——强耦合RANS方程,并发展了一种用于求解该系统方程的高效强耦合算法,其中对流项离散采用了Roe格式,时间项的离散采用了隐式LU-SGS(Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel)格式,为了提高计算效率,采用了三层V循环多重网格方法.通过翼型/机翼和振荡翼型/机翼等算例验证了本文发展的强耦合算法不仅具有较好的收敛性,而且计算精度明显优于松耦合算法,特别对于阻力的预测,强耦合算法更加准确.     

Composite control method for stabilizing spacecraft attitude in terms of Rodrigues parameters

In this paper, the attitude stabilization problem of a rigid spacecraft described by Rodrigues parameters is investigated via a composite control strategy, which combines a feedback control law designed by a finite time control technique with a feedforward compensator based on a linear disturbance observer (DOB) method. By choosing a suitable coordinate transformation, the spacecraft dynamics can be divided into three second-order subsystems. Each subsystem includes a certain part and an uncertain part. By using the finite time control technique, a continuous finite time controller is designed for the certain part. The uncertain part is considered to be a lumped disturbance, which is estimated by a DOB, and a corresponding feedforward design is then implemented to compensate the disturbance. Simulation results are employed to confirm the effectiveness of the proposed approach.     

基于动量轮转速标定的轨道控制方法研究

某地球同步三轴卫星因故障导致推力器工作效率不稳定,使得采用原有方案进行向西轨道控制时姿态变化大,控制准确度降低.针对上述问题,通过分析卫星用于姿态控制的偏置动量轮的控制规律,利用星体角动量守恒条件,建立了偏置动量轮转速变化与轨道半长轴变化之间的相关性数学模型,提出了一种改进的基于偏置动量轮转速标定的轨道控制方法,同时结合姿态的稳定变化制定了轨道控制实施方案,并将其应用于实际卫星轨道控制中,取得了良好的控制效果.改进的控制方法提高了轨道控制的准确率,使得半长轴误差幅度由最大60％提高到0.2％左右,增加了姿态的稳定性,使得俯仰姿态变化幅度由最大0.7°减小到0.2°左右,降低了控制风险,减轻了地面控制人员的负担.