空间大型星载抛物面天线研究进展

抛物面天线作为星载天线的重要组成部分,在深空探测、移动通信、国防事业、气象监测等方面均具有广泛应用,近年来随着上述学科的快速发展,抛物面天线的研究也越来越受到人们的重视。针对空间大型星载抛物面天线的发展与需求,首先系统地概括了国外星载抛物球面天线的发展现状,综述了刚性、网状以及充气式星载抛物球面天线,对各类星载抛物球面天线的结构、性能进行了较为详细的描述和分析,对国内在该领域的部分研究成果进行了简述。然后梳理了星载抛物柱面天线的发展,对国内外具有代表性的抛物柱面天线进行了介绍,对抛物球面天线和抛物柱面天线进行了参数对比与分析。接下来对近年来针对星载抛物面天线的相关技术进行了介绍。最后对星载抛物面天线的发展趋势做了简要分析与预测。     

自由边界抛物薄壳的模态振型函数

基于membrane理论,推导出一组完全满足抛物薄壳自由边界条件的模态振型函数.通过模态分析实验得到自由边界抛物薄壳的低阶模态实验振型,将实验振型与有限元分析振型及依据模态振型函数所得到的理论振型进行对比,三者能够较好的吻合,表明所推导的模态振型函数可正确描述抛物薄壳的模态形状.     

抛物化稳定性方程在曲面边界层中的应用

为了研究抛物化稳定性方程在曲面边界层中的应用,选取了等曲率圆环管道、等曲率板和NACA0012翼型3种典型的曲面边界层.通过计算小幅值扰动波的演化,抛物化稳定性方程的计算结果和线性稳定性理论、数值模拟扰动方程结果相符,说明可以使用抛物化稳定性方程研究曲面边界层的小幅值扰动波的演化和稳定性分析;通过计算有限幅值扰动波的演化,线性阶段抛物化稳定性方程计算结果和扰动方程相符,在非线性很强的阶段,抛物化稳定性方程计算发散,发散的位置可作为转捩位置.      

双反射面信道中6极化MIMO信道特性

为研究双反射面信道中多径丰富程度对6极化多输入多输出系统(HPMIMO)信道容量和特征值的影响,设计了一个工作于28GHz的共点正交的双极化天线,此天线由一个电偶极子和一个环天线组成,并以此天线为基本单元,得到了一个虚拟的共点正交6极化MIMO天线.从计算结果中发现,随着两个反射面间夹角的减小,信道中的多径数目逐渐增加,对应的信道容量也逐渐增加,可达到单极化系统信道容量的2.47~5.10倍.夹角为0°时多径数目趋于无穷的情况比自由空间(FS)和夹角为180°等多径较少的情况下的6极化MIMO信道容量会有30%~45%的增加.此外,在自由空间信道和双反射面信道中,6极化MIMO信道矩阵都会得到6个非零特征值,但在多径数目较少时,有一些特征值会接近于0.因此,为了获得足够高的信道复用和分集增益,多极化MIMO天线需要工作在多径较为丰富的信道中.      

射电天文望远镜的焦面阵设计

为使射电天文望远镜的视场得到扩大,分析望远镜的视场时对天线的反射面提出共形网格剖分法,对物理光学法的常规计算方法进行了改进,使计算精度得到提高,且剖分网格少.采用改进的算法计算了WSRT望远镜的焦面场,并根据计算结果设计了WSRT望远镜的致密焦面阵结构;用共轭匹配法对阵列单元加权、计算相应的远场方向图,并与采用单个馈源时的远场方向图作比较.结果表明采用致密焦面阵能扩大视场并保证视场连续,增益也得到提高.      

超燃冲压发动机总体化性能分析

针对由后掠侧压进气道、矩形燃烧室和后掠侧板尾喷管构成的超燃冲压发动机模型,为了快速准确得到超燃冲压发动机的整机性能,建立了一套分析发动机总体性能的耦合流场计算方法。其中进气道和尾喷管流场分别求解三维单一气体和多组分抛物化N-S方程,燃烧室流场求解一维N-S方程,各部件在交接面处传递几何和流动参数。运用总体性能计算方法,研究了发动机构型的气动特性,给出了飞行高度、马赫数和攻角改变对发动机性能的影响规律。结果表明:该总体性能计算方法可用于超燃冲压发动机总体性能的快速预估;飞行高度对推力、升力和俯仰力矩的影响均较大且程度相近,三者随飞行高度增加均减小;飞行马赫数对发动机推力、升力的影响相近,对俯仰力矩的影响最大,三者随飞行马赫数增加均增加;飞行攻角对升力的影响最大,俯仰力矩次之,对推力的影响最小,随飞行攻角增加,发动机升力近似线性增加,推力和俯仰力矩分别呈增加和减小趋势。     

非平行边界层C型失稳的非线性演化(英文)

提出用抛物化稳定性方程(PSE)新方法,研究非平行边界层从层流向湍流转捩的C型失稳的演化过程,特别是非线性演化问题。研究了至关重要的初始条件,包括各扰动谐波的初始解、初始站均流变形的模拟、以及通过对线性 PSE 的求解获得 TS波和C型亚谐扰动的初始站值等。发展了高精度的数值方法,满足PSE的关键性正规化条件,实现非线性抛物化稳定性方程的有效求解和稳定推进。算例展示了Blasius边界层的C型失稳的非线性演化过程,与典型实验结果相吻合。     

二维抛物化稳定性方程的特征分析

在对抛物化稳定性方程(PSE)的基本流场没有做任何近似假定的情况下,分析了PSE的特征性质。分析表明,当法向速度不为零时,PSE有一个非零主特征值,其余主特征值都为零。PSE的次特征值与扰动波的空间波数α有关,α的实部代表扰动波的波动情况,它可以直接导致复特征值出现;α的虚部表示扰动波的增长(衰减)情况,当它的绝对值超过一定范围时,也会在边界层内亚声速区的局部区域导致复特征值出现。增大求解PSE的空间推进步长,可以克服PSE的椭圆性。     

边界层稳定性的三维线性抛物化算法研究

通过把扰动波在流向上的变化分解成缓慢变化的形状函数部分和快速变化的波动部分,同时把扰动波在展向上的分布也分解成形状函数部分和波动部分,得到三维抛物化稳定性方程(3D PSE).然后在流向采用一阶向后差分,法向和展向采用4阶中心差分,发展出了迭代求解三维线性PSE的方法.通过求解二维扰动波和三维斜波在三维空间中的发展,发现二维波可以自动调制出展向扰动,且展向扰动的最大值点在边界层与外流的交接面附近.三维斜波的计算结果表明,网格密度应该与波矢方向上的波长相匹配,而不是与流向波长相匹配.     

时空约束条件下多旋翼机动轨迹优化方法

多旋翼飞行器常应用于震后搜救、地质勘探等复杂多变的场景中,考虑到其续航能力及环境特点,优化多旋翼的飞行轨迹以更好更快地完成任务已成为关键问题之一。为此,设定多旋翼穿越室内斜缝的任务场景,提出了一种基于抛物原理和庞特里亚金极小值原理的多约束条件下轨迹优化方法。模仿将东西抛过窄窗的过程,从分析斜缝角度出发,设计一条抛物线轨迹,引导飞行器借助惯性越过斜缝,对于抛掷飞机所需的初始状态,利用庞特里亚金极小值原理设计状态转换轨迹实现。在MATLAB中搭建3D模型验证穿越效果,试验显示,多旋翼最大能穿越竖直方向63°倾斜或水平方向32°倾斜的斜缝。