临近空间飞行器若干问题讨论

临近空间作为未来战场上很有发展前景的区域,逐渐得到了各国专家的重视,本文对这一区域的飞行器的设计构成以及影响因素进行了讨论.     

临近空间飞行器在空间通信中的应用

临近空间飞行器凭借其突出的优点,在空间通信方面有着广阔的应用前景。本文在分析临近空间飞行器的分类方法和各自特点的基础上,论述了多种临近空间飞行器作为通信平台的优缺点、通信栽荷的选择与发展方向和临近空间通信平台的应用方法。通过介绍国际上,特别是美国在临近空间通信系统研究应用方面认识与发展的历程,和近年来主要军事大国在临近空间通信平台方面所进行的试验与研究的进展情况,得出了我国发展,临近空间通信系统的必然性和可行性。     

临近空间飞行器再入轨迹优化设计

针对临近空间飞行器再入轨迹的优化设计问题,给出了临近空间飞行器再入轨迹运动学模型和再入轨迹优化模型。选取飞行器末端飞行速度实际值与理想值之差的平方最小为性能指标,控制变量为迎角和滚转角。过程约束为过载、动压、热流,终端约束为高度、轨道偏角、轨道倾角。应用罚函数法和约束算子法将有约束最优控制问题转化为无约束最优控制问题。应用庞特里亚金极小值原理及最优控制理论对性能指标进行处理,得到最优控制问题的正则方程、控制方程及横截条件。在C++环境下应用共轭梯度法对无约束优化问题进行数值解算。仿真结果表明应用共轭梯度法能够得到满足各种约束的再入轨迹。因此,共轭梯度法对于临近空间飞行器再入轨迹优化问题的求解是可行的。     

执行器故障下临近空间飞行器容错控制重构

临近空间飞行器飞行条件复杂、气动环境恶劣,极易导致飞行器舵面出现故障,容错控制是保证飞行器安全运行的关键,对此提出了一种基于观测器-控制器的有限时间高精度容错控制重构策略．首先,为提高容错控制的精确性,在故障影响下飞行器姿态模型基础上,设计了双层快速自适应滑模观测器,实现对包含故障、干扰等在内的综合干扰有限时间估计,避免了传统自适应增益的过估计,从而有效提高观测器估计精度;进一步基于观测器估计值设计容错控制器,获得故障影响下的期望控制力矩,实现飞行姿态的有限时间容错控制．其次,针对故障时气动舵面实际提供的控制力矩难以满足期望值的问题,引入推力矢量喷管作为补充执行器．考虑故障舵面特性,采用基于二次规划的最优控制分配策略,将期望力矩合理分配到气动舵面及矢量喷管上,通过矢量喷管补偿故障舵面力矩损失,实现执行器故障下控制重构.最后,通过数值仿真验证了所设计观测器的优越性,并验证了所提出容错控制重构策略的有效性．     

临近空间飞行器的发展趋势和重大基础科学问题研讨会在京召开

为了研讨近空间飞行器的关键基础科学问题，探讨发展近空间飞行器的有效途径，国家自然科学基金委员会数理科学部于2006年4月17—18日在北京组织召开了“临近空间飞行器的发展趋势和重大基础科学问题研讨会”．国家自然科学基金委员会主任陈宜瑜院士、副主任沈文庆院士、国家两弹一星功勋奖章获得者王希季院士，国家最高科技奖获得者、载人航天工程总设计师王永志院士，中国人民解放军总装备部、国防科学技术工业委员会、航天航空部门有关领导以及相关领域专家80余人出席了会议。     

太阳能斯特林热机渐开线管簇式 吸热器设计与性能仿真

针对太阳能斯特林热机直接照射型管簇式吸热器,采用等温分析法与湍流强制传热理论,综合考虑加热管簇的通流容积、工质的流阻损失和加热管簇传热能力,得到了基于基本输入热与基于最佳长径比的加热管簇换热长度与管数的定量设计公式.在此基础上,以改善光热转换特性为目的构建了一种新型加热管簇空间位置曲线方程,并以有效功率1 k W太阳能斯特林热机加热管簇设计为例建立了该加热管簇的三维实体模型.通过Fluent仿真分析了该加热管簇的流动与换热特性.结果表明:1 k W有效功率管簇式吸热器所需加热管数为28根,单根加热管长度为31 cm;渐开线加热管结构避免了管内工质流动出现二次流,降低了加热管弯管部分工质压力损失;加热管管壁温度分布相对均匀.     

高超声速空间飞行器中若干非线性动力学问题进展

从国家对空间飞行器技术的需求出发,综述空间飞行器中若干非线性动力学问题。包括飞行器的连接结构、液体燃料的晃动及其和整体结构的耦合,以及气动弹性系统非线性等问题。总结了近年来国内外学者在相关领域的研究工作,并就连接机构、充液系统以及气动弹性系统非线性问题,提出了几点建议。     

小潜深充压式轻质防水耐压舱设计及分析

基于跨介质飞行器对小潜深、轻量化、严密封的综合控制舱的迫切需求,设计了一种充压式复合材料防水耐压舱。通过预先充入2 MPa气体产生内压以抵抗水下200 m附近工作时的外部静水压力,使舱体处于轻微受力状态,最大程度减小舱体壁厚,进而实现轻量化设计。开展舱体纤维铺层角度和铺层厚度等设计,建立有限元模型,对其刚度、强度和稳定性进行校核,并通过5轮充压2 MPa并浸泡、保压48 h测试,验证结构安全性和密封可靠性。设计的3 L容积耐压舱总质量仅390 g,比常规结构减重22.4%。本方法有望为后续跨介质飞行器控制舱设计提供参考。     

垂直缝隙式浇注系统充型特性的数值模拟研究

本文利用数值模拟技术,对垂直缝隙式浇注系统的充型过程进行了研究.结果表明,缝隙厚度对金属液流状态具有很大影响,适当增大缝隙厚度可以有效改善金属液的充填状态.在缝隙浇道厚度较大的情况下,金属液充填过程较为平稳,基本上呈水平上升,这样就减少了充型过程中氧化夹杂缺陷,可以有效改善铸件的质量.     

内充式排种器主要设计参数的确定

本文通过对内充式排种器系统的分析和总结,提出了其主要设计参数的确定方法,为排种器的设计提供了理论依据。     

变体近空间飞行器的鲁棒自适应控制

针对变结构近空间飞行器在大包络飞行过程中具有切换的后掠翼、非线性、快时变、强耦合和不确定的特性,提出基于全调节径向基神经网络(Fully Tuned Radial Basis Function Neural Network,FTRBFNN)和动态面backstepping的鲁棒自适应跟踪控制策略。该方法利用FTRBFNN在线逼近飞控切换模型中的复合干扰,应用带有动态面的backstepping方法,设计适用于任意切换后掠翼角光滑的反馈控制器。通过公共李氏函数,证明了所提出的控制方法可以保证闭环切换系统的输出跟踪误差在有限时间内收敛到任意小的有界集内。仿真实验结果表明该飞控系统具有良好的控制性能。     

加装翼尖小翼的仿生机翼在临近空间的气动性能分析

参照某型在飞无人机采用仿海鸥翼型设计出平直机翼并在其基础上加装翼尖小翼。通过对两种机翼的数值模拟,得出了加装翼尖小翼仿生机翼的气动性能明显优于平直机翼,加装小翼后仿生机翼有效地减小了下洗速度,降低了诱导阻力,使得机翼的气动性能有明显的改善。为无人机机翼的设计提供理论参考。
     

基于最优空间转动矢量的升力式再入飞行器单通道姿态控制器设计

针对升力式再入飞行器高超声速飞行时姿态运动各通道间强烈耦合效应,提出最优空间转动矢量概念,采用内外环双回路控制方式,设计了一种新式控制方法,将一般三通道姿态控制问题转化成为空间单通道控制问题。选取合适的控制系统参数,通过六自由度仿真,验证了所设计的单通道姿态控制器能够实现对飞行器姿态角的跟踪。     

结构参数对管壳式相变储热单元熔化过程性能提升的影响

针对常规管壳式相变储热单元中热源管道与相变材料之间传热性能差的问题,以竖直放置圆柱形单内管管壳式相变储热单元内部熔化过程中相界面形状为依据,对管壳式相变储热单元结构进行改进,采用数值模拟对基准管壳式相变储热单元和优化结构单元中相变材料带自然对流的熔化过程进行研究,讨论相界面、温度场和速度场的演化过程,比较不同结构单元中...     

基于空间曲柄摆杆机构的扑翼飞行器驱动机构设计与分析

为了提高扑翼飞行器的飞行性能，借鉴生物的飞行运动特征，设计了一种基于空间摆杆机构的新型多自由度扑翼机构.通过运动学分析建立了扑翼飞行器驱动机构的运动学模型，利用Matlab对驱动机构运动学方程进行求解分析.结果表明：所设计的驱动机构通过单自由度驱动，就能够完成扑动、扭转耦合运动，其中上扑动幅度为64.098°，下扑动幅度为-64.098°，扭转角度为69.422°~99.327°，并且能够输出与生物飞行时翅翼相同的“8”字型轨迹，具有良好的气动性能.     

R410A充注量对直膨式太阳能热泵热水器性能的影响

基于太阳能集热/蒸发器和冷凝器的分布参数均相流动模型、压缩机和电子膨胀阀的集总参数模型和系统制冷剂充注量模型,编制了以R410A为工质的直膨式太阳能热泵热水器系统性能模拟程序.在集热器出口过热度维持不变的条件下,计算了不同充注量下系统热性能参数,分析了充注量变化对系统热性能的影响特性.结果表明：随着制冷剂充注量的不断增加,蒸发压力和加热时间逐渐减小,压缩机瞬时功率和集热器集热效率逐渐增大;而且,制冷剂充注量的变化对冷凝压力和系统性能系数(COP)的影响很小.     

气吸式排种器充种室种面调节装置的设计

为了提高气吸式排种器的充种效果及排种质量,在分析气吸式排种器结构和基本工作原理的基础上,设计了充种室种面调节挡帘,并改进了充种室结构。试验证明,该结构设计合理,能够有效改善种室内种子群结构,提高充种效果。     

摇臂式起落架初始设计方法研究及性能仿真

建立摇臂式起落架的动力学方程。分别利用压缩比和气体状态方程对缓冲器填充参数进行预估。利用LMS V irtu-al.Lab Motion和LMS Im agine.Lab AMES im的联合仿真技术,对缓冲器性能进行虚拟落震试验。结果表明:采用气体状态方程预估的缓冲器参数,比采用压缩比预估的缓冲器参数更有效;对缓冲器油针截面尺寸优化,缩短了缓冲器行程,提高了缓冲器效率,降低了缓冲器重量。     

一款投影式头盔在眼睛转动时的视空间性能评价

头盔系统在"眼睛转动"时的视空间性能评价对于预知其可用性具有重要意义,但目前尚无设计者给出.对一款折/衍混合投影式头盔物镜进行了"眼睛转动"时的视空间评价,给出了评价方法和计算公式.引入了视网膜分辨力所要求的调制度曲线(AIM曲线),使MTF评价有了具体的参考标准.MTF的评价结果显示:当眼睛注视0 °视场时,系统达到1 arc minute的分辨率;当转动眼睛注视 14°视场时,系统达到1.1 arc minute的分辨率.调节、像散和二级光谱在"正视"和"斜视"时都不会影响图像的清晰度,横向色差只有在"斜视"时才会在大视场略影响清晰度."斜视"时,视空间性能具有了明显的非对称性,而其对成像质量的影响需要进行实际的光线追迹才能知道.评价结果说明,当人眼在士14°范围内转动时,能很容易地分辨显示的图像.此物镜能够满足HMPDs系统的实际使用需要.