一种高效的CFD/CSD耦合飞行器多学科优化设计方法

建立了一种基于CFD/CSD (computational fluid dynamics/computational structure dynamics)耦合的多学科优化设计方法.该方法采用结构有限元方程进行结构特性分析,同时采用数值求解N-S方程方法获得气动载荷,保证了设计结果的可信性,并采用基于代理模型的优化设计方法解决了采用高精度模型后计算量太大的问题.采用RBF(径向基函数)插值方法进行流固耦合界面数据插值,保证了传递过程中的能量守恒.利用建立的优化设计方法对一典型的翼身组合体进行了气动和结构优化设计,算例表明在满足约束条件的前提下优化后阻力和质量分别减小了5.0%和4.2%,证明了该方法的有效性.      

空间绳系组合体的继电型控制离轨策略

为了使空间绳系组合体更好地完成空间碎片清理任务,提出一种更接近工程实际应用的继电型推力（Bang-Bang）离轨控制策略。利用带有差动间隙的Bang-Bang控制策略,实现绳系组合体切向的继电式推力加速;设计了一种全新的被动式卷扬机构,以避免在使用继电式推力离轨的过程中多次开关发动机对绳系组合体带来的负面影响;针对径向推力设计了输入受限的滑模控制器,且最终控制指令同样以继电式推力形式实现,抑制了离轨过程中绳系组合体的面内摆动。数值仿真结果显示,继电型推力能够实现与连续推力近似的效果,能够将绳系组合体的摆动角度抑制在一个较小的范围内;整个离轨控制策略能够使得空间绳系组合体在保持姿态稳定的前提下将空间碎片拖曳到坟墓轨道。     

基于广义Richardson外插方法的阻力预测精度分析

利用计算流体力学(CFD)方法预测阻力是飞行器气动设计中的关键环节。采用广义Richardson外插方法分别对数值方法预测二维简单构型的压差阻力、摩擦阻力和三维复杂构型的总阻力的精度进行了分析。在NACA 0012翼型无黏绕流和平板湍流边界层两个算例中验证了NSAWET程序和广义Richardson外插方法,分别得到数值算法预测压差阻力和摩擦阻力能达到的名义精度。进而模拟三维通用研究模型(CRM)翼身组合体绕流,得到的阻力名义精确值在DPW 5的统计误差带范围之内;综合DPW 5的计算结果来看,不同CFD解算器的结果之间存在一定差别,阻力预测精度总体上不符合二阶。可见,标准Richardson方法采用的二阶精度假设难以普遍适用,有必要采用广义Richardson外插方法得到名义精度。针对不合理的名义精度,采用Roache建议的方法加以限制。广义Richardson外插方法有助于提高误差分析的合理性,可以进一步降低网格对阻力预测的影响。     

前体涡诱导机翼摇滚扰动控制高速风洞试验研究

通过在临界雷诺数范围内的翼身组合体自由摇滚试验,开展了前体涡扰动对机翼摇滚的流动控制研究。实验结果表明,通过对前体涡的控制可以有效消除翼身组合体摇滚的发生,添加头尖扰动的位置对控制效果具有明显影响,扰动在正侧向控制效果最佳,这种摇滚控制方式在较宽的迎角范围及马赫数范围内均有效。对前体涡诱导机翼摇滚的扰动控制机理做了简要分析。     

组合体机动中可变形桁架运动规划研究

目前对空间组合体中可变形桁架（VariableGeometryTruss,VGT）运动规划问题的研究集中在各级均为单自由度或离散二状态等简单结构的情形,未解决所有可调长度杆都能够自由运动的复杂结构运动规划问题。文章根据组合体的几何关系,建立了递推位姿运动学模型,再由自由漂浮系统动量守恒,建立了微分运动学模型。给出了单级VGT变化序列与运动时间分开设计的两步运动规划方法,并在优化目标中加入能量项,给出了多级冗余VGT的运动规划方法。最后通过仿真验证了算法的有效性,在算例中优化指标为J=0.8798,该方法对以VGT作为空间操作机构的组合体研究具有一定工程指导意义。     

MA600型飞机发动机减振系统载荷分析和检测方法研究

分析了MA600飞机所装发动机减震系统结构及其受力特点,在此基础上结合该型减震系统的长期维护经验,研究出一套成熟的维护、检测和修理程序,对降低涡桨发动机减震系统使用和维护成本具有实际应用意义,可适用于通航类活塞式发动机减震系统的受力研究。     

组合体航天器姿态的智能自适应控制方法

研究了交会对接后组合体航天器构型变化带来的姿态控制问题,对执行机构在控制量受限时的控制能力进行了分析,应用基于特征模型的智能自适应控制方法,设计了能适用于不同构型的姿态控制器,分别对组合体在直线构型和L构型对接情况下进行了数学仿真,仿真结果验证了智能自适应控制方法可行并且具有一定的优越性。     

载人飞船组合体期间应急撤离任务规划

航天员长期驻留载人航天器组合体期间,当发生影响驻留安全的故障且决策应急撤离时,需进行应急撤离任务规划,合理安排撤离期间各飞行事件执行时机,以保障航天员安全及时撤离。为此,首先在对应急撤离各影响因素深入分析的基础上,重点研究撤离期间分离点选取需满足的约束条件,并构造拉格朗日函数求解满足条件的分离点;其次以求解的分离点为基准,对分离前后飞行事件进行人工规划;最后,以测控区内发生载人环境异常故障,地面决策应急撤离为例进行规划,实现了撤离项目和撤离时间的量化。结果表明：本文采用的方法能够在应急撤离允许处置时间内完成撤离,且分离前后各事件满足约束条件,测控等待时长较短,能实现航天员在应急情况下安全撤离。     

绳系拖曳离轨模型及脉冲喷气控制策略的可行性

在空间绳网的绳系组合体拖曳变轨运动控制中,系绳张力控制策略需要有一套卷扬机构及张力检测控制装置,将增加机构的质量、复杂度和成本,并降低操作可靠性。提出仅利用拖船飞行器上的三轴正交喷嘴控制策略,可同时实现拖曳离轨中的相对运动控制和系统质心的轨道控制,而系绳张力只作为约束,推导了组合体拖曳离轨的三维空间运动动力学模型,给出了一种准霍曼拖曳离轨控制方法,完成了同步轨道废弃目标拖曳离轨方案的初步可行性仿真验证,并给出了拖曳过程的喷气力、燃料消耗量指标,可供空间绳网研究参考。     

带边条翼的翼身组合体摇滚运动试验

针对大迎角下非指令运动问题,通过自由摇滚、测力测压和粒子图像测速(PIV)等风洞试验,研究了带边条翼的翼身组合体的摇滚运动特性,得到了摇滚运动的俯仰角分区特性,揭示了摇滚运动的主控流动,讨论了形成摇滚运动的触发、偏离和维持机制。结果表明：带边条翼的翼身组合体在大迎角下会出现机翼摇滚运动;摇滚运动按照俯仰角可分为3个区域;固定点运动一区(俯仰角5°～35°),极限环摇滚区(俯仰角37.5°～50°),固定点运动二区(俯仰角55°～70°);极限环摇滚区又可分为机身非对称涡不主控区(俯仰角37.5°～45°)和部分主控区(俯仰角47.5°～50°);分析俯仰角为40°和50°的摇滚运动的流动机理发现,边条涡或融合边条涡尾流在零滚转角和非零滚转角下的演化规律分别构成了摇滚运动的触发和偏离机制,其在摇滚运动中的迟滞特性构成了摇滚运动的维持机制。