升浮一体飞行器总体参数设计方法

临近空间飞行器近年来得到了广泛的关注和研究。为克服传统飞艇和太阳能飞机尺寸大、抗风能力差的缺点,本文提出了一种升浮一体飞行器概念方案,并对其总体参数设计方法进行研究。以能量平衡分析为核心,建立了太阳能电池系统、燃料电池系统、推进系统等子系统的数学模型,给出了适合于该飞行器的总体参数设计方法,并对总体设计参数进行了研究。结果表明,升浮一体飞行器相对于传统飞艇,体积下降了53%,长度下降了22%,起飞重量下降了4%。相对于固定翼太阳能飞机,翼展下降了52%,机翼面积减小了56%,起飞重量下降了3.5%。该类飞行器总体参数对飞行速度非常敏感,飞行速度从30 m/s提高至40 m/s时,起飞重量增加约1倍,艇体体积增大77%。提高太阳能电池、燃料电池和螺旋桨效率可有效降低起飞重量,且升浮一体飞行器比传统飞艇对上述参数更敏感。     

不同冲击能量对层合板损伤及剩余强度的影响

基于三维逐渐损伤理论和全程分析方法,对复合材料层合板在冲击载荷及冲击后静载荷下的损伤过程进行分析,重点研究不同冲击能量对两种不同铺层参数、不同几何尺寸的T300/BMP-316复合材料层合板的损伤产生与扩展过程以及剩余强度的影响规律.结果表明:复合材料层合板存在可使其剩余强度急剧下降的冲击能门槛值.对于T300/BMP-316复合材料层合板而言,其冲击能量的门槛值介于5.0～5.5J之间;在冲击过程中,冲头下落速度具有一定的波动性,且不同铺层参数将影响冲击后复合材料层合板表面的凹痕深度.      

日球层内外能量中性原子的探测

能量中性原子(Energetic Neutral Atoms, ENA, 简称能原子)是指在日球层内外空间, 拥有>0.1keV动能的原子.在此空间领域并没有温度>106K的中性气体, 但却充满动能>0.1keV的正离子.因此能原子A应该是A+离子与原地稀薄气体B原子或分子交换电荷所产生的, 即A++B→A+B+. 电荷交换涉及极小的动能变化, 新生的能原子A和离子B+基本上各自保持原有动能. 离子B+随即被当地磁场俘获, 能原子A则脱离磁场约束并携带其原属离子群的成分和能量信息而直线运动, 成为遥测空间等离子体的有效媒介. 美国人造卫星 IBEX (Interstellar Boundary Explorer) 直接探测得到来自日球层以外星际空间的能原子, 大幅延伸了利用能原子遥测空间等离子体的领域. 本文据此论述了空间能原子的发现, 综述了探测空间能原子的基本概念与实例、取得的主要成果、仪器设计和研制进展以及未来空间利用能原子遥测的发展趋势.      

太阳光谱辐射强度变化对地球能量平衡的影响分析

目前太阳对地球能量平衡影响的研究大都是以太阳总辐射通量密度作为输入参数的. 本文以美国航空航天局（National Aeronautics and Space Administration,NASA）太阳辐射与气候实验项目的卫星实测数据为基础,对太阳上升相（2010年上半年）和下降相（2007年12月）期间太阳光谱变化对地球能量平衡的影响进行了研究. 结果表明,2010年上半年较强的太阳总辐射通量密度主要是由紫外及红外波段的能量增强引起的,其在200～400nm 和760～4000nm波段内的平均能量分别增加了0.11%和0.05%,而在 400～760nm可见光区的能量却呈减小趋势,平均减小量为0.05%. 通过对MLS2.2全球臭氧日数据进行再分析后发现,相对于2007年12月,2010年上半年平流层臭氧浓度也有所增加,其中在太阳紫外辐射呈现较大增强的2月和3月,其臭氧增量也相对较大,最大值分别出现在33km和40km处,值为0.6mL·m-3和0.62mL·m-3. 因此,可见光区能量减弱与平流层臭氧浓度增加的双重削弱作用致使虽然2010年上半年的太阳总辐射通量密度较大,但是到达对流层顶的太阳辐射却有所减小,最大减小量出现在3月,值为0.15W·m-2. 这一结果说明,太阳活动或总辐射通量密度的增强也有可能对地球对流层系统起到冷却作用.      

探测地震活动新思路——卫星与地温观测网相结合

众所周知,自然界一切事物的发生、发展过程都是十分复杂的。天气预报之所以获得成功,是由于牢牢抓住了大气能量锋带的踪迹,摒弃了其它一些细节的纠缠。地震预报也必须牢牢抓住地震能量锋带的踪迹,摒弃一些细枝末节,才可以能达到预报目的。     

具有轨道倾角和最大高度约束的耗尽关机闭路制导

快速响应空间固体运载火箭轨道转移级以最大限度利用能量而非消耗能量为目的进行耗尽关机制导,基于椭圆轨道理论和牛顿迭代法,提出了一种适用于具有轨道、制导多种约束的耗尽关机闭路制导方法,通过实时寻找需要推力方向,充分利用轨道转移级能量,导引上面级进入具有给定轨道倾角和最大高度约束的转移轨道,同时实现耗尽关机.理论推导和数学仿真表明,本文提出的制导方法能在耗尽关机条件下实现对转移轨道的高精度控制.     

基于嵌入式MATLAB函数编程的火星车能量平衡仿真系统

在以往航天器研制过程中,电源系统能量平衡分析是基于表格化计算的方法,其运算效率低、显示不直观。文章提出了一种可视性强、易编程、更通用的能量平衡分析方法,即采用嵌入式MATLAB函数对电源系统能量平衡分析的功能模块进行编程实现,以火星车电源系统为应用背景,在MATLAB/SIMULINK平台上搭建了一套用于能量平衡分析的仿真系统,并在特定实例下进行仿真分析,仿真结果采用图表曲线形式显示,能清晰、直观地反映能源利用的动态变化趋势,可为电源系统方案优化设计提供参考依据。     

纳米铝粉及纳米铝粉/煤油凝胶体系能量性能研究

测定了各单组分及纳米铝粉／煤油凝胶体系的燃烧热,表征了纳米铝粉及纳米铝粉／煤油凝胶体系的能量性能。实验结果表明,随着纳米铝粉含量的增加,纳米铝粉／煤油凝胶体系的质量恒容燃烧热呈降低趋势,这是由于煤油的燃烧热值较高,铝粉的燃烧热值较低所致;而各纳米铝粉／煤油凝胶体系的密度随纳米铝粉含量的增加呈升高趋势,体系的体积燃烧热也随纳米铝粉含量增加而升高。     

单壁碳纳米管冲击吸能特性分析

碳纳米管的优异力学特性使其在冲击能量吸收方面存在潜在的应用前景,但纳米尺度的冲击验证实验却难以实现.应用分子结构力学、冲击动力学和纳米尺度有限元相结合的方法,研究了单壁碳纳米管受轴向冲击的吸能特性.使用ANSYS中APDL编程语言,建立了单壁碳纳米管的空间结构参数化模型;同时,采用修正的Morse原子势函数拟合了C-C共价键的本构方程.按照最大失效应变作为共价键断裂的判据,对比了长度、直径和手性对单壁碳纳米管冲击吸能的影响.结果表明:采用这种仿真方法可以动态呈现碳纳米管断裂的全过程,且能够证实单壁碳纳米管的比吸能远高于其他材质类似管状结构,其中,锯齿型碳纳米管的吸能特性又好于扶手椅型.      

强磁暴、能量粒子暴与热层大气密度涨落之间的相关关系

利用1997-2007年由GOES8, GOES11和GOES12星载高能粒子探测器在地球同步轨道高度上所探测到的高能质子和高能电子通量探测数据以及高度560km左右星载大气密度探测器所得的热层大气密度探测数据, 统计分析了强地磁扰动、高能粒子通量跃变和热层大气密度涨落之间的相关关系, 初步获得强地磁扰动期间, 地球同步轨道(外辐射带外环)均出现了增幅大于三个数量级的高能质子通量(尤其是E>1MeV)强增强现象, 随后热 层大气密度强烈上涨, 表明三者之间是正相关关系. 在时间上地球同步轨道高能质子通量强增强现象先于日均Ap值(地磁活动程度)上涨约一天左右, 而热层大气密度强涨落现象又明显滞后于强地磁扰动事件.