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。     

亚轨道飞行器的固液火箭发动机的高维多目标设计优化

为完成应用在亚轨道飞行器上的固液火箭发动机系统设计优化,且考虑到系统设计优化问题的复杂性以及采用单目标优化难以获得全局最优解,建立了固液火箭发动机系统设计的4目标设计优化模型,采用非支配排序遗传算法获得超空间Pareto 解集。利用基于变偏好区间的超径向可视化技术对超空间Pareto解集进行直观地分析,提高最优解选择的效率。最终获得了全局最优的固液火箭发动机系统设计方案,验证了建立的优化模型的准确性和相比于单目标优化的优势,论证了固液火箭发动机应用在亚轨道飞行器上切实可行以及变偏好区间超径向可视化技术处理超空间Pareto解集的高效性。     

基于SST湍流模型的模拟SRM内流场数值仿真

为准确模拟固体火箭发动机燃烧室内流场,采用基于格心的迎风型有限体积法求解定常雷诺平均Navier-Stokes方程,在空间离散方法上,采用AUSM-PW矢通量分裂格式,时间推进采用三阶三步TVD型Runge-Kutta显式方法,将Ment-er F R提出的SST( shear-stress-transport)湍流模型及其改进形式用于燃烧室湍流流场的数值模拟,并将计算结果与Wilcox的和Spalart-Allmaras湍流模型进行了对比。结果表明, Menter F R的SST湍流模型计算的燃烧室内的径向速度分布与实验值吻合得最好,最大误差约为5.1%;计算的燃烧室内湍流强度分布与实验的规律一致,而其余湍流模型计算的结果与实验值有很大差异。     

空空导弹固体发动机内弹道对导弹后体流场非定常影响的数值模拟

空空导弹高空工作过程中,外部的超声速来流与其固体火箭发动机的尾部喷流相互作用,形成复杂的非定常尾部干扰流场,影响导弹后体的工作环境。为了探寻发动机内弹道对导弹后体结构的非定常影响,采用双组分气体的非定常CFD仿真模型对某空空导弹发动机工作期间的喷管内流场和导弹外流场进行一体化数值模拟,研究了由多个自由剪切层、激波、膨胀波等组成复杂干扰流场的结构,以及在发动机内弹道和外流速度的非定场效应影响下其变化过程,在此基础上定量分析了由此引起的尾流的温度和燃气的扩散,以及在不同内弹道阶段发动机对导弹后体结构产生的影响。计算结果表明,非定常干扰流场在导弹后体附近产生不断变化的低速涡流区域,加速了温度和燃气的扩散,致使导弹尾端面区域受到高温气体冲刷,进而降低导弹后体结构的安全性。因此,空空导弹的后体设计有必要考虑并减少发动机内弹道与导弹外流的非定场影响对导弹后体安全性所造成的潜在威胁。     

大型固体发动机燃烧室立式贮存研究

为研究大型固体发动机对特殊立式贮存环境的适应性,开展了大型固体发动机立式贮存状态的受力分析以及立式贮存试验研究。基于大型固体发动机立式贮存环境条件的分析,综合考虑固化降温、充气内压等因素对发动机立式贮存的影响,开展了联合载荷作用下的计算分析。研究结果表明,发动机立式贮存状态相对初始状态前、后人工脱粘间隙都增大,前人工脱粘间隙增大较多,前人工脱粘开口部位轴向位移最大,中孔径向位移最大;发动机充气后药柱的变形量、前后凸环形药柱界面及药柱中孔处等效应力应变随内压提高有所提高,但前后凸环形药柱界面和药柱中孔处受力状态从三向或两向受拉变为三向受压状态,设计合适的充气内压有利于发动机的长期立式存放。燃烧室立式贮存试验实测了药柱立式贮存后的变形,实测结果与计算结果趋势一致。     

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。     

舵叶固定式液压球形关节运动学及性能分析

针对球面运动机构驱动方式问题,提出了一种新型的二自由度液压驱动球面运动关节机构,该机构利用超全周转动马达及舵叶摆动马达作为驱动,采用了滑轨支撑框架位置测量系统,可以实现超全周转动;给出了两驱动马达各自的油路设计方案,在机构的不同部位采取了合理的密封方法;由机构的工作原理推导了正逆运动学方程及速度雅可比矩阵,得出了机构的奇异位形;分析了机构的灵巧度性能指标,通过仿真得到了机构性能较优时的工作空间.该球形关节机构具有结构紧凑、运动精度高、负载大、并且能够实现全方位输出的特点.     

金属增材制造技术

金属增材制造技术作为3D打印技术的一个重要分支,在20余年的发展中取得了显著的进展。文中简要回顾了金属增材制造技术的历史溯源,重点从制件组织结构、制件性能、制件微观缺陷、成形工艺等方面分析了针对钛合金、镍基高温合金等常用材料的增材制造技术研究新进展,探讨了增材制造技术发展所面临的技术问题以及需要重点考虑的发展方向。     

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。