高超声速风洞多天平测力试验技术研究

在同一次试验中通过安装多台天平测量多个部件气动力,可以更加详细地了解飞行器的气动特性,并可以降低试验成本、提高试验效率。多天平测力技术在亚跨超声速风洞中应用已经非常成熟。但是,在高超声速风洞中,由于模型尺寸小、来流温度高,多天平的布局比较困难,所以目前国内在高超声速风洞中进行的多天平测力试验相对较少。为满足型号研制的需要,在 CARDC 超高速所的Φ1m 高超声速风洞上开展了多天平测力试验技术研究。选取某飞行器的3个控制舵为研究对象。针对试验模型径向尺寸小,而轴向尺寸相对较大的特点,确定采用铰链力矩天平轴线与测量舵转轴互相垂直的“纵轴式”布局方式;采用合理的小型化六分量天平结构形式,升降舵天平测量元件的长、宽、高尺寸为20mm×20mm×25mm;为更加真实地模拟天平的工作状态,设计了专用的加载头,并采用单元加载和组合加载相结合的方法进行校准,校准结果表明,天平主要分量的静校准度均在0.7%以内;在采取温度补偿措施之后,零点漂移明显减小;采用了天平-舵偏角变换装置一体化设计,有效提高了定位和安装精度。在Φ1m 高超声速风洞上开展的 Ma=5条件下的风洞试验结果表明,采用的多天平测力试验技术是可行的,可以应用到高超声速风洞测力试验中。     

基于伴随理论的Spread-F最优初值扰动提取研究及数值模拟

通过讨论Spread-F扰动初值对于研究R-T不稳定性的必要性,分析初值扰动提取在人工诱导电离层方面的重要作用, 首次提出了应用伴随理论将电离层不稳定性基本方程与Spread-F观测资料相结合提取其扰动初值的方法. 推导了电离层不稳定性方程的伴随模式并进行数值模拟实验, 结果表明电离层不稳定性方程能够较好描述 Spread-F的发展过程; 伴随模式在利用不同迭代初值以及不同时刻观测资料进行反演时, 均能得到较为理想的结果, 表明利用伴随模式反演电离层 Spread-F初始扰动是可行的.      

空间机械臂关节精细动力学模型的建立及关节力矩控制

针对空间机械臂辅助对接任务中的复杂关节力矩控制问题,建立了含间隙、非线性刚度及啮合阻尼的多级行星齿轮传动复杂关节精细动力学模型,该模型不仅考虑了齿轮啮合刚度,而且考虑了齿轮轴的扭转刚度。提出了一种基于关节动态扭转变形的关节力矩测量方法,并以此建立关节力矩控制系统,利用Runge\|Kutta算法对关节精细动力学模型进行了数值计算。计算结果表明,此关节力矩控制方法约有1.7%的稳态误差,能满足关节力矩控制的需要;基于关节动态扭转变形的关节力矩测量方法有效地解决了提高关节力矩测量精度与保持传感器刚度之间的矛盾。     

遗传算法在卫星发动机安装调整优化中的应用研究

常规的发动机安装参数仅考虑发动机推力矢量偏差的影响,文章给出了一种新的发动机安装调整方法,综合考虑了发动机推力矢量参数、卫星质心和发动机安装过程中的几何约束等多种因素,选择遗传算法进行问题的求解。通过仿真示例进行了验证,结果表明:在满足发动机安装几何约束的前提下,文章提出的优化方法对减小干扰力矩有显著作用,发动机按照优化后的参数进行安装,可以进一步减小干扰力矩,从而节省燃料,延长卫星在轨服务寿命。此研究结果可为工程中确定发动机安装参数提供参考。     

大型挠性太阳帆板的闭环驱动控制技术研究

针对大型航天器配备大惯量、大挠性太阳帆板的背景需求,为提高帆板跟踪控制精度,并减少帆板角运动耦合到航天器本体的力矩,考虑帆板挠性、齿轮减速器间隙和摩擦力等工程要素,建立了刚挠系统耦合动力学模型,研究了比例积分微分(PID)控制律+挠性抑制滤波+摩擦力矩前馈补偿的综合控制策略。数学仿真结果验证了该控制策略的可行性,实现了大挠性帆板的高精度控制,有一定的工程应用价值。     

谐波力矩测量技术分析和优化设计

为实现空间环境下机器人关节的谐波传动输出力矩测量,研究测量柔轮形变获取力矩的谐波测力技术。使用LS-DYNA有限元分析软件对谐波传动进行瞬态动力学分析,得到谐波柔轮的动应变特性,以此为依据对谐波测力技术的应变片设计方案进行分析和优化设计。经优化设计的谐波力矩传感器在未滤波的情况下均方根误差为1.6%,稳态测量误差为2%,采用低通滤波后稳态测量误差降至0.5%,满足空间机器人关节力矩测量的需求。     

微尺度沸腾的团聚过程分析与压力扰动模型

本文从团聚(clustering)的分子动力学过程出发,研究微尺度沸腾相变的物理机制。通过分析沸腾系统势能变化趋势,指出核化阶段必然伴随团聚体积的增加,从而导致压力扰动的产生。在微尺度条件下,这种压力扰动将可能主导沸腾系统的相变行为。      

简单热带海气耦合模型中的缓慢扰动

本文在局地热平衡情况下讨论简单模式中的热带海气耦合扰动,指出参数ＫＨＫｓ和α决定着耦合扰动性质,并研究了使用抛物线柱函数展开时所截项数多寡对耦合扰动性质的影响以及对称和反对称于赤道的耦合扰动特征。     

椭球台高杆灯风荷载的实验研究

通过风洞实验研究了多钝体高杆灯在不同水平风向角和坚向风向角下的力与力矩系数。实验结果表明：在一定的风向角下,法向阻力系数ＣＤｍａｘ＝１．０３０,法向变曲力矩系数Ｃｎｍａｘ＝ㄧ－０．９４０ㄧ,轴向力系数ＣＡｍａｘ＝０．５０４和ＣＡｍｉｎ＝－０．６００。     

滑环伺服系统对主轴干扰的实验研究

通过实验和分析证明 ,在带滑环伺服系统并由气浮轴承支撑的高准确度惯性器件测试转台中 ,因滑环系统跟踪主轴所产生的误差和位置传感器零位安装误差的存在 ,造成两轴系之间输电导线弹性变形力矩对主轴的干扰比空气轴承的干扰更大。