带变速控制力矩陀螺的航天器自适应姿态控制

航天器高精度姿态控制容易受到参数误差的影响,自适应控制能够合理地估计参数,使基于模型的控制器设计易于实现。自适应参数分为主星体惯量、变速控制力矩陀螺框架转子惯量及动摩擦系数3组,按参数分组对带变速控制力矩陀螺的航天器详细动力学模型进行变换,采用Lyapunov方法设计出姿态控制器、变速控制力矩陀螺群操纵律及参数自适应更新律,操纵律中引入加权矩阵以缓解陀螺奇异问题。理论分析和数值仿真表明闭环姿态控制系统全局一致最终有界稳定,参数自适应更新能有效减小角速度跟踪误差,使姿态四元数误差收敛更快。参数估计虽然不能准确收敛到其真值上,但均在可接受的范围内。     

Effects of traverse speed on weld formation,microstructure and mechanical properties of ZK60 Mg alloy joint by bobbin tool friction stir welding

ZK60B (Mg-6% Zn-0.6% Zr) alloy joints fabricated by bobbin tool friction stir welding (BTFSW) with various traverse speeds were investigated. The sound joint fabricated by the BTFSW was possible under the appropriate welding parameters. The severe plastic deformation during BTFSW resulted in dispersion and segregation of the Zr-rich particles within the stirred zone (SZ) followed by evolution of a bimodal grain structure with distributed bands of 0.8–1.7 μm ultrafine grains and 4.1–7.1 μm equiaxed grains. Micro-hardness of SZ is substantially reduced in contrast to that of parent metal (PM) in spite of the finer grain size owing to dissolution of Mg-Zn based precipitates having hardening effects on alpha-Mg matrix. With the decrease in traverse speed, randomization degree of the plasticized metal flow increases, which is evidenced by the randomized arc line pattern at the low traverse speed. Among all defect-free joints, the 200 mm/min joint exhibits the weakest isotropy of texture within SZ and the best tensile properties, which has reduced ultimate tensile strength and yield strength by 5.4% and by 22.2%, respectively, as compared to the PM. The randomized texture hinders the joint fracturing within SZ at low elongation. Therefore, a relatively high elongation of 10.8% was achieved, which corresponded to 72% of the PM value.     

带抑涡支孔结构新型气膜孔的实验研究

采用稳态液晶测温法对基准孔和3个在计算中有较好冷却效率的带抑涡支孔结构新型气膜孔进行了实验研究。实验结果表明:新型气膜孔的抑涡支孔对主气膜孔起到了保护作用,使新型孔在不同吹风比下的冷却效率要高于普通基准孔,特别是在高吹风比的情况下,这种现象更加明显。在低吹风比情况下,三种不同结构新型孔的冷却效率差别不大;而在高吹风比时,支孔与主孔平行孔型和支孔在主孔下游孔型要高于支孔在主孔上游的孔型,该现象随着吹风比增加会愈加明显。     

搅拌摩擦焊焊缝阵列超声全聚焦成像检测技术

针对航天薄壁铝合金搅拌焊焊缝的高精度、高分辨率检测应用需求,开展了阵列超声全聚焦成像检测技术研究。基于斜楔块耦合下横波多次反射全聚焦优化算法搭建了阵列超声检测系统,利用该系统对厚度为6 mm搅拌摩擦焊焊缝不同位置处的Φ0.35 mm横孔进行了相控阵超声扇形扫描成像和阵列超声全聚焦成像检测对比试验。试验结果表明,两种方法均能够有效检测出焊缝中心或热力影响区的横孔,但阵列超声全聚焦成像检测技术在信噪比和纵向分辨力方面更具优势,该技术的发展为航天领域复杂构件高精度、高分率、高可靠性检测难题的解决提供了新的思路和途径。     

摩擦力和气体压力对双节套筒式喷管展开的影响

分析计算了作动筒内摩擦力、延伸出口锥端面密封摩擦力、大气压力及喷管中燃气压力对双节套筒式延伸喷管展开特性的影响,其分析计算方法对双节套筒式延伸喷管设计及展开时间预估有指导作用。     

钛合金筋板类构件局部加载成形有限元仿真分析中的摩擦及其影响

局部加载等温成形为大型钛合金筋板类构件省力、高性能成形制造提供了有效的途径。然而其成形过程复杂,材料参数、几何参数、工艺参数高度耦合作用,精确预测困难。有限元仿真为此类复杂成形问题的分析和优化提供了有力的工具。而摩擦模型和摩擦条件是数值模拟的重要边界条件之一,影响到预测结果的精度及可靠性。本文着重分析了库伦摩擦模型、剪切摩擦模型、库伦-剪切摩擦模型、库伦-粘着摩擦模型以及摩擦大小对筋板类构件局部加载成形仿真分析结果的影响。研究结果表明:剪切摩擦模型适用于局部加载成形过程的建模仿真;确定精确的摩擦条件可降低载荷预测误差15%以上;主动调控局部区域摩擦条件可改善局部加载成形过程的充填、减少缺陷。     

铝合金搭接结构的搅拌摩擦焊接技术

阐述了铝合金搭接结构搅拌摩擦焊接基本原理及特点,评述了国内外研究和应用进展,指出采用搅拌摩擦焊接技术制造搭接结构产品是重要的发展方向,展望了后续发展的重点。     

搅拌摩擦焊技术在弹箭体贮箱锁底环缝上的应用

明确了搅拌摩擦焊技术应用于贮箱锁底环缝需要解决的关键问题。首先对熔焊锁底接头结构进行了搅拌摩擦焊工艺适应性设计,取消了背部焊漏槽和正面焊接坡口。结果表明:当叉形环位于焊缝前进侧,搅拌针长度与短壳板材厚度相当时锁底接头力学性能最优。锁底接头超声相控阵分析结果表明:存在于装配界面与焊核交界处的信号显示可以不当作缺陷信号判读。提出了采用立式帽装方式实现锁底环缝的装配焊接方案,并研制了可以保证锁底环缝装配间隙、错边、环缝平面度、贴合度以及叉形环大端周长的成套工装。实现了搅拌摩擦焊技术在Φ3 350 mm贮箱锁底环缝上的工程化应用,无损检测结果、形位尺寸符合设计要求。     

基于系统辨识的框架控制系统设计

为提高框架系统控制性能,采用系统扫频方法对系统实际模型进行扫频辨识。由于加工和安装工艺等原因,框架不同位置处的摩擦力矩差异较大。研究了固定补偿值摩擦力矩补偿算法和变补偿值积分摩擦力矩补偿算法,并重新进行了扫频。根据辨识得到的模型设计了校正网络,提高了系统控制性能。     

基于CFD内流耦合仿真的燃油柱塞泵滑靴副动态润滑特性研究

针对航空燃油柱塞泵滑靴副自适应油膜的动态润滑问题,基于牛顿拉夫逊方法,建立了考虑滑靴副油膜支承作用与其动力学状态动态耦合关系的滑靴副润滑计算模型。在此基础上,计入前级部件内流作用对油膜特性的影响,通过CFD内流分析和Reynolds润滑模型相结合的仿真方法,对航空柱塞泵滑靴副及其前级部件进行了一体式联合仿真研究。研究结果表明:仿真与试验结果的误差保持在4.3%以内,CFD仿真方法可以实现对滑靴副前级部件内流场的准确模拟;转速从4kr/min增至5kr/min时,膜厚的最大倾覆值减小至原数值的27.15%,并且低压区滑靴厚度变化率的增大率最大可达62.02%;而出口压力增大率为66.7%时,引起全周期内膜厚变化率波动幅度不同程度的增大;在转动周期内,滑靴的自适应润滑效果通过油膜厚度场和压力场的耦合变化形成自适应动压支承效应来实现。