LEO至HEO多阶段任务小卫星测控系统方案

针对部分需要在多种不同轨道高度和轨道类型下分阶段执行差异性工作任务的小卫星,对常规测控系统方案进行改进,提出应用于近地轨道(LEO)至高椭圆轨道(HEO)多阶段任务小卫星的测控系统方案。该方案集成度高,采用高灵敏度遥控接收,设置高/低2档发射功率,引入信道纠错编码,设置多档遥测发送速率,单独设置无合成干涉效应的大功率发射天线,采用支持"漏信号法"的高灵敏度全球导航卫星系统(GNSS)接收机等,可有效应对不同阶段星地距离大尺度变化和卫星姿态的指向变化。以中欧合作"太阳风-磁层相互作用全景成像"(SMILE)卫星为实例,验证了改进测控系统方案的可行性。改进后的测控系统方案,可应用于LEO至HEO多阶段任务的小卫星及其他航天器。     

三维复杂区域对流换热问题的控制方程及计算

研究并发展了一套计算复杂区域对流换热问题的通用方法并开发了相应的可视化计算程序。针对所建立的一组以直角坐标速度分量表示的非正交曲线坐标系下的三维流动及传热控制方程,采用有限体积方法离散,SIMPLER算法求解,并利用网格界面速度插值方法解决采用非交错网格时出现的压力波动问题。本文利用所开发的程序计算了低散热发动机冷却通道自然对流换热问题。      

火箭结构估重与总体优化设计的数字化实现及应用

火箭新型号总体方案论证时,一般借鉴国内外相近规模和相同推进剂火箭的结构系数进行类比确定子级结构系数,按照比例系数分配贮箱和壳段等部段的质量,但该质量分配不能反映载荷对结构设计的影响,在细化迭代设计中易造成方案无法闭环,导致设计工作反复。为了加快总体方案论证,提出一种基于载荷的箭体结构快速估重方法,开发形成结构估重数字化模块并嵌入总体设计平台。应用案例表明,提出的数字化估重平台能够有效提高估重精度,同时显著缩短论证周期,兼具总体方案比较和优化、全箭质量管理等功能,能有效降低方案推翻重新设计的风险,在新型号总体方案论证中发挥了重要作用。     

机身边界层控制研究

对带壁面抽吸的三维可压缩机身边界层控制进行了计算研究。采用了非正交曲线坐标系边界层方程,通过修改矢量流函数关系式,将壁面法向速度转变成为控制方程的一个可调参数,从而消除了边界条件与方程未知参量之间的非线性耦合;所发展的横向分段推进数值技术,可用于计算横流速度在横向多次反号的复杂边界层流动;设计不同的壁面抽吸系数分布,以研究边界层控制对多种边界层特性的影响。结果表明:壁面抽吸对边界层的控制效果是显著的,合理的抽吸分布能有效地减小机身阻力。     

参数曲线形状修改

提出一种新的、基于余弦伸缩函数、针对参数曲线的形状修改与变形方法。首先定义了特殊的伸缩函数 ,在此基础上构造了形状算子矩阵 ,其次将该矩阵与伸缩中心及主方向结合构造出两种变形矩阵 ,最后用变形矩阵去乘待变形曲线在局部坐标系下的位置向量 ,或用它乘以给定向量场再加待变形曲线在原坐标系下的位置向量从而产生变形效果。伸缩函数含有若干可变参数 ,每个参数可产生不同的形状修改效果 ,比如控制被修改部分与未修改部分间的连续阶 ,容易得到理想的变形效果。理论分析实例表明该方法在几何造型 ,计算机图形学等领域有潜在适用性。     

航空发动机燃油管路概率疲劳极限测试方法

确定管路结构的疲劳极限对避免航空发动机燃油管路系统疲劳失效具有重要意义。本文分别开展了空管和充压管路（13.5MPa）的旋转弯曲疲劳试验,采用两路应变方法监测偏心旋转过程中由惯性引起的动态应力,基于Gerber模型对内压导致的非对称循环载荷进行了应力修正,获得了两种工况下管路疲劳失效形式的差异。通过升降法数据配对,确定了空管和充压管路的疲劳极限和标准差。在升降法数据的基础上,补充若干高应力水平下的疲劳试验,采用幂函数模型拟合了管路的S-N曲线。最后,利用概率统计分析方法对试验数据进行处理,获得了不同置信度和存活率下的疲劳极限。研究结果可为航发燃油管路应力严苛值设计提供参考。     

基于刚度最优区间的机器人搅拌摩擦焊工件位置优化方法

航空航天领域存在许多曲面工件需进行搅拌摩擦焊,工业机器人为三维空间曲线的搅拌摩擦焊接提供了一种相当有吸引力的选择,但是搅拌摩擦焊接过程中巨大的轴向力对工业机器人的搅拌头轴向刚度提出极高的要求。为了提高机器人在搅拌摩擦焊接过程中搅拌头轴向刚度,提出一种基于刚度最优区间的工件位置优化方法。首先,构建混联机器人的并联/串联机构刚度数据库,以减少刚度计算时间;其次,基于机器人搅拌头轴向刚度提出刚度最优区间的概念,作为优化指标;然后,在考虑无奇异、关节限位、关节连续性和工作空间约束的情况下,进行基于刚度最优区间的工件位置优化算法研究;最后,仿真和试验验证表明,该方法能够通过优化工件位置使机器人始终保持在搅拌头轴向刚度较优的位姿下进行焊接,显著提升了机器人在焊接过程中的焊接刚度。     

TA32钛合金板材的超塑胀形性能研究

通过开展高温气胀成形试验研究了TA32钛合金板材在不同应变路径下的超塑胀形性能。采用4种具有不同短长轴比的椭圆模具实现不同的双拉应变路径,并将试样的轧向和横向分别平行于模具的长轴方向以分析变形各向异性。基于非关联流动准则下的Barlat’89屈服准则以及胀形试样顶点处的应变分量、壁厚和曲率半径,确定了不同应变路径下的等效应力–应变曲线。结果表明,TA32板材的超塑胀形性能具有显著的应变路径依赖性,当应变路径从等双轴拉伸转变为近平面应变时,板材极限胀形高度减小,减薄率和峰值应力增加,延伸率降低,成形性能下降。同时,TA32板材在高温双拉条件下表现出明显的力学性能各向异性。当板材轧向与第一主应变方向平行时,材料具有更低的峰值应力和更高的塑性,表现出更好的成形性。     

面向BDSBAS电文认证的OTAR播发策略设计

星基增强系统（SBAS）是向用户提供完好性信息的广域增强系统,涉及生命安全领域。为了提高SBAS系统的抗欺骗能力,基于椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）提出面向北斗星基增强系统（BDSBAS）的电文认证设计方案。根据国内商用密码标准椭圆曲线（SM2）算法进行相应参数设计和电文排布方案,并描述了空中密钥更新（OTAR）的电文播发策略。为了进一步对试验方案进行验证,采用蒙特卡罗OTAR仿真器,基于3种播发调度算法进行仿真试验,通过调整权重对不同情况下OTAR电文接收时间进行分析。仿真结果为具体情况下OTAR电文方案播发调度的选择提供了重要参考依据。      

正反顺序加载下安装边螺栓预紧力分散度的数值模拟与试验验证

在航空发动机机匣安装边装配过程中,不同位置螺栓之间会产生弹性交互作用,不同加载方案会使装配后的螺栓预紧力存在一定的分散度。针对这一问题,建立了3层带止口机匣安装边3维接触有限元模型,研究不同加载方案下螺栓预紧力的施加方法。基于有限元模型数值模拟了3层机匣安装边分别在顺序加载方案、交叉加载方案和正反顺序2轮加载方案下螺栓预紧力的分散度。搭建了相应的试验装置,分别对3种加载方案的预紧力分散度进行试验验证。结果表明：采用正反顺序2轮加载后的螺栓预紧力分散度最小,在3层止口机匣安装边上采用正反顺序2轮加载方案后的螺栓预紧力分散度较小,在有限元仿真中螺栓预紧力分散度为2.43%,在试验中螺栓预紧力分散度为4.98%。采用此方案加载后,止口机匣安装边能达到更好的密封效果和较好的刚度对称性。