高速起动射流过程中可压缩涡环的生长演化及其对瞬时力的影响规律

高速可压缩起动射流广泛存在于一些工程应用中,其射流过程伴随着复杂流动结构的演化,并对力和声有着显著的影响.为了研究高速起动射流过程中流场结构演化与瞬时力之间的关系,设计了一种开口激波管装置用于产生高速起动射流,并采用纹影和粒子成像测速技术(PIV)对高速起动射流产生的流场结构进行测量.与此同时,为了测量高速起动射流的瞬时力,将激波管悬挂并利用高动态微型力传感器直接测量高速起动射流产生的推力.PIV的实验结果表明,高速起动射流的流场主要包括三个阶段:入射激波离开喷口和后方流体迅速膨胀阶段;可压缩涡环卷起并快速生长阶段;可压缩涡环达到生长极限后的演化阶段.瞬时力测量结果显示,高速起动射流所产生的瞬时力呈现出先快速增长、随后缓慢下降的过程,并且瞬时力的峰值时刻与可压缩涡环发生夹止的时刻具有一致性.基于理论估算,进一步发现高速起动射流产生瞬时力峰值的机制主要是由于高速起动射流产生的大尺度可压缩涡环对周围的流体夹带进而带来的动量增益,也意味着可压缩涡环的生长演化产生了较强的非定常力的增益.进一步将喷口形状更换为锯齿型喷口,发现锯齿型喷口显著地减弱了可压缩涡环的环量,进而也降低了瞬时力的峰值,但是根据前人的研究,锯齿型喷口在降低噪声上具有明显的作用.     

全动舵系统柔性多体动力学建模方法

全动舵系统作为航天飞行器控制飞行姿态、调整飞行方向的部件,其动态特性对飞行器的正常工作起重要作用。为了开展带有电机伺服系统和舵轴间隙的全动舵系统动力学特性分析,提出基于柔性多体动力学方法的全动舵系统建模方法：采用Craig-Bampton方法建立典型舵面刚柔耦合降阶模型,采用多体动力学方法建立电动舵机连接机构与全动舵面连接,采用偶极子网格法建立基于模态的广义气动力模型。仿真结果表明,自建的模型预测颤振速度为1270 m/s,与商用软件预测对比的偏差小于2%,验证了该建模方法的正确、可行。研究表明,伺服系统的存在会令典型舵面响应存在较大跳跃现象,而舵轴间隙的存在则极大降低了舵面产生极限环振荡的临界速度。     

C频段的“推扫式”卫星扫描天线

该设计结合科研实际需求,研制了工作在C频段的“推扫式”卫星扫描天线。首先,从“推扫式”卫星扫描天线的原理出发,对所需要的环焦反射面进行了优化建模,提出一种新型扇形反射面圆角化的方案,并针对密集馈源阵进行分析。通过计算得到了馈源的位置坐标,在仿真软件GRASP中构造反射面天线的整体模型。为了使密集馈源阵的主波束满足设计指标,设计了遗传算法优化合成后的波束来实现对主波束的优化,通过改变馈源阵的幅相值以达到天线方向图的设计要求,利用仿真优化得到了C频段中心波束达到设计指标所需要的馈源阵规模。最后,对整体模型进行了加工组装。使用近场测量的方法在微波暗室中对天线进行测试,测试结果表明天线波束宽度为0.6°时,主波束效率为98.17%,大于98%,满足设计要求。     

DCC 在航空发动机工艺尺寸链计算中的应用

在航空发动机零件加工过程中,为了减小由于加工、设计和测量基准不统一而导致的误差累积和加工工序中形位公差的综合影响,从工艺尺寸链计算的难点闭环的判断和形位公差的处理分析入手,总结闭环判断的原则和判断技巧,应用尺寸链计算（Dimensional Chain Calculation,DCC）对航空发动机输出轴零件的基准转换和形位公差进行分析。结果表明：DCC 软件相比传统的手工计算,具有计算效率高和精确度高的优势;形位公差的处理结果更准确,解决了工艺复合的尺寸链计算问题。     

1 种提高落压比调节器可靠性的特征量裕度概率设计方法

针对某型航空发动机落压比调节器中的关键元件反馈拉簧在工作中多次发生断裂故障,对反馈拉簧这一反映落压比调节器可靠性指标的薄弱环节,提出1 种特征量裕度概率设计方法,通过仿真和试验相结合的方式,得到反馈拉簧的特征参数为钩环弯角半径R,其临界失效值的分布规律为正态分布,根据特征裕度方程的计算结果,获得反馈拉簧特征参数在可靠性指标下的优化改进设计值为2.5 mm。经强化疲劳试验及发动机整机寿命试验验证表明：特征量裕度概率设计及其优化改进方法有效,解决了落压比调节器可靠性裕度偏小的问题。     

非线性光纤Sagnac干涉仪精度分析研究

非线性光纤Sagnac干涉仪具有突破标准量子极限的优点,可实现超高精度地球自转角速度的测量。通过理论建模和数值仿真,阐明了非线性光纤Sagnac干涉仪的增益系数、光纤环长度、光纤环面积和激光波长等参量对干涉仪精度的影响。在测量地速的条件下,光纤环半径取0.5m,光纤环长度为20km且非线性增益系数大于3.582时,干涉仪灵敏度能够达到10－6(°)/h(量级),为实现高灵敏度非线性光纤Sagnac干涉仪提供了支撑。     

航空装备环境因素对人的影响分析

目前,航空装备的人-机-环系统工程研究多偏重于人机交互设计和装备环境工程2大方面,环境对人的影响研究尚未形成完整的体系。在飞机使用和维护过程中,主要存在2类作业人员,即飞行员和地面保障人员。从这两者的角度出发,分析了不同人员所面临的不同环境因素,以及这些因素对其健康和工作效率的影响,最后提出建立基于不同人群的多环境因素综合作用体系是今后人-机-环境系统工程的重点研究方向。     

考虑间隙非线性的控制舵非线性气动弹性分析

间隙结构的气动弹性系统非线性颤振问题是飞行器气动弹性力学工程领域的研究热点和难点,研究 考虑间隙非线性的控制舵系统的气动弹性特性具有重要意义。基于最小状态拟合方法获得时域降阶气动力模 型,并通过Lagrange方程获得系统非线性气动弹性方程;对比分析三种不同非线性控制舵系统的极限环颤振 及非线性动力学响应特性,并与等效线化法和时域仿真的结果进行一致性对比。结果表明:俯仰和扑动弹簧刚 度的变化对系统颤振边界有显著影响,当俯仰和扑动两个方向同时含有间隙非线性时,系统在线性颤振速度内 存在倍周期、混沌等复杂非线性动力学现象。     

定时定点月面着陆全程轨道控制设计

针对定时定点月面着陆的目标要求,提出了全程轨道控制设计方法。进行了包括地月转移、近月制动、环月降轨和动力下降的全程轨道控制的分段设计和联合规划,实现在入轨轨道偏差条件下的定时定点月面着陆。分别构建了中途修正、近月制动、环月降轨三段轨道控制的规划变量和目标参数;根据轨道倾角建立了动力下降点与着陆点的匹配转换关系。设计了中途修正、近月制动、环月降轨、动力下降的全程轨道控制策略的联合规划。建立了着陆位置偏差与轨道倾角偏差、着陆时间偏差与轨道半长轴偏差的修正关系,修正设计了中途修正目标倾角和近月制动目标半长轴。仿真算例表明,在入轨偏差轨道条件下,保证了中途修正后的飞行轨道与标称轨道基本一致,实现了与标称状态基本一致的定时定点月面着陆。可应用于月球着陆、月球采样返回以及载人登月等实施月面定时定点着陆任务的轨道设计和控制实施。     

环月飞行器返回轨道设计与优化

针对传统月地返回轨道设计方法在从初始轨道直接转移的局限性,提出一种基于Lambert问题的月地转移轨道设计方法。该方法重新选取了轨道约束参数,并在笛卡尔坐标系下建立了返回轨道动力学模型,并基于该模型全面分析了返回轨道关于约束参数的变化特性。此外,针对带有约束条件的返回轨道优化设计问题,提出了快速收敛的函数构造法,并给出了有效的目标函数形式。以某一在轨环月飞行器的轨道参数作为初始轨道进行返回轨道计算,结果验证了所提出返回轨道设计方法以及函数构造法的有效性。