低压储能的升浮一体飞行器总体参数研究

升浮一体飞行器是一种综合了太阳能无人机和平流层飞艇特点的新型临近空间飞行器,是航空航天领域研究的热点,可再生燃料电池是升浮一体飞行器最有发展前景的储能装置。针对现有燃料电池中氢气和氧气存储方式的缺陷,充分利用升浮一体飞行器巨大的机身体积,提出了采用低压气囊储气的燃料电池方案,建立了升浮一体飞行器总体参数计算模型,提出常规燃料电池和气囊储气燃料电池的理论计算方法。研究了不同储气方式对升浮一体飞行器的能源系统以及飞行器总体参数的影响。研究表明,采用低压储气方法后,氢气的质量储气密度可提高至13.0%,燃料电池存储能量为1 489.7 kWh条件下,能量密度可达到1 000 Wh/kg以上,对减小升浮一体飞行器总重和外形尺寸、提高飞行器载荷能力有显著作用。     

基于可用能的多电飞机能量利用率分析方法

为了分析复杂多电飞机系统的能量使用情况,将模块化系统建模与可用能分析方法相结合构造出一种能量利用率分析方法。利用该方法将多电飞机系统分成动力、电力、液压、机体、防冰除冰、环境控制和座舱等子系统,在完整巡航任务剖面内计算各子系统可用能的分配和使用情况,分析相同飞行状态下不同子系统以及相同子系统在不同飞行状态下的能量利用率。所采用的燃料可用能计算公式不仅考虑了化学能还考虑了燃烧状态的影响。结果显示,多电飞机中可用能损失主要发生在发动机中,液压作动系统紧随其次;防冰除冰单元在飞机盘旋阶段的可用能效率较低,在起飞着陆阶段效率较高。     

集成式电动燃油泵控制规律研究

为实现对电动燃油泵供油量的有效控制,首先在分析处理实验数据的基础上研究了电动燃油泵的供油特性,并利用AMESim仿真软件建立了集成式电动燃油泵数学模型。以此为基础构建了燃油泵PID控制系统,仿真中用经验试凑的参数整定方法给出了最优的控制参数,达到了预期的控制效果。为控制系统的调试试验提供了理论依据。     

飞机燃油箱气相空间平衡氧浓度理论研究

油箱上部空间平衡氧浓度的确定是设计机载油箱惰性化系统的基础。采用微元段计算方法,在考虑载油量、压力随飞行高度变化、燃油温度和燃油蒸汽压的情况下,建立了油箱上部气相空间平衡氧浓度的数学模型。首先将模型计算结果与文献公布的数据进行了比较,验证了模型的正确性。然后分析了不同因素对平衡氧浓度的影响。研究结果表明:不同燃油的氧氮溶解特性会对平衡氧浓度造成直接影响;平衡氧浓度与载油量有关,且不呈线性关系;燃油温度增加后,平衡氧浓度下降;此外,随着飞行高度增加,由于气相空间总压和氧氮分压下降,燃油的蒸汽压对平衡氧浓度的影响也越大。研究结果将为惰性化气体流量的估算和设计提供一定的理论基础。     

空间燃料电池电源子系统输出性能的仿真与试验验证

为了系统性地研究质子交换膜燃料电池电源子系统的输出特性与电堆压力、电堆温度之间的关系,首先建立电堆的数学模型,在Matlab/Simulink中进行仿真,研究输入与输出的关系;其次针对航天应用设计相匹配的燃料电池变换器（FCDR）,将其与电堆的输出端接在一起进行仿真,研究电堆的输入对FCDR的输出特性的影响,当负载发生变化时,检验FCDR对维持母线电压稳定输出的能力;最后对电堆和电堆系统的仿真进行试验测试,证明仿真的正确性,从而对空间燃料电池电源系统有更深一步的认识,为整个电源系统的设计打下坚实的基础。     

A robust semi-analytic method to solve the minimum ΔV two-impulse rendezvous problem

A novel semi-analytic approach is developed to determine the minimum $\mathrm{\Delta }V$ for a two-impulse rendezvous and validated both empirically and analytically. A previously published closed-form $\mathrm{\Delta }V$ estimate and the Lambert minimum energy transfer is used to establish upper and lower bounds of the minimum $\mathrm{\Delta }V$ transfer between two orbits. These bounds, in conjunction with the bisection method, operate on a nonlinear radical cost function to guarantee linear convergence. This approach has several real world applications including a low earth orbit (LEO) to highly elliptical orbit (HEO), and a HEO to retrograde geosynchronous orbit transfer. The minimum $\mathrm{\Delta }V$ estimates are better than those reported in the existing literature, while run times improved as much as two orders of magnitude over a fixed time Lambert solver. All singularity cases were addressed such that any orbital geometry, including Hohmann and radial elliptic transfers, converged to the global minimum $\mathrm{\Delta }V$. This approach will work for both coplanar and non-coplanar 3D geometries for any orbit type.     

芳香烃种类及含量对航空发动机燃烧的排放影响

为了对不同芳香烃种类及含量在航空发动机上表现开展综合评定,对16种芳香烃的3种配比调和燃料开展发动机排放尾气碳烟浓度实验。根据实测颗粒物排放浓度值,对芳香烃的种类与含量增长对排放的影响进行比较;通过线性拟合计算芳香烃特性与颗粒物PM(particulate matters)排放的相关性;结合燃料的能量密度与排放两大重要因素,给出综合评定排名。分析结果表明:茚与萘系类产生的PM数浓度显著更高,而加氢处理后对排放有明显改善。芳香烃的密度和碳氢比对PM的影响最大,并随着芳烃浓度的增加影响越显著。对异丙苯与苯乙烯在综合评定中被列为最优两种芳烃,对萘系列加氢处理可同时优化比能与排放。该结果为通过控制燃料中芳烃种类来优化燃料提供了研究基础。      

非定常条件下喷嘴结构对燃油流量脉动的影响

假设油路处于小脉动条件下,燃油流量连续,以流量数为中间变量,推导了燃油流量脉动关于喷嘴结构的关系模型.得出结论:当外部激励一定时,燃油流量脉动与流量数成正比,与平均燃油压降的0.5次方成反比.通过喷嘴标定得出了减小流量数进而减小燃油流量脉动的方法:增加节流级数、减小节流面积,并用脉动试验证明了此方法的正确性,为喷嘴设计者在面对不稳定性问题时提供了一般的设计步骤.      

一类带液体晃动航天器的姿态控制

针对一类带液体晃动的航天器,在建立系统数学模型的基础上,利用一种分层滑模的设计方法来设计控制器．将系统状态变量分成可自行到达平衡位置和需要施加控制才能到达平衡位置两部分,对于需要施加控制达到预定平衡位置的状态变量,用分层滑模控制来设计控制律,将其分解成两个子系统,分别构造滑动平面,采用Lyapunov方法求取总控制量．当系统接近平衡位置时,双层滑模控制器退化成单层控制器,保证系统能够稳定在最终的平衡位置上．仿真结果表明,该方法能很好地达到控制效果．     

航班旅客的二氧化碳补偿算法研究

研究了航空旅客的碳排放分摊问题,即碳补偿问题,通过算法说明按照业载分摊与按照总重分摊哪种适于旅客。二氧化碳排放数量与燃油消耗数量对应。以A320—200为例,计算说明了在标准情况下飞机燃油消耗数量与二氧化碳补偿的定量关系,从而确定碳补偿方案。在算法基础上,设计了通用计算程序,对输出结果进行了分析。