嫦娥三号探测器7500N变推力发动机研制

为实现空间飞行器轨道机动、交会对接、星际软着陆等任务,采用具有大范围推力调节能力的变推力液体火箭发动机是比较理想的方案.嫦娥三号探测器采用的7500 N变推力发动机,为我国首台大范围变推力发动机,可按照飞行器的控制指令,准确、快速、无级地改变推力,来实现探测器的中途修正、近月制动及月面软着陆任务.介绍了7500 N变推力发动机的研制情况,包括发动机技术方案、关键技术攻关以及试验验证情况,试验验证和飞行情况表明,发动机设计合理、性能先进、工作可靠.     

燃气射流控制进气道调节原理及数值验证

为了提高固冲发动机＂变工况＂工作条件下进气道性能,将外部波系封口马赫数降低的设计方法与燃气射流进气道控制技术相结合,提出了燃气射流控制进气道设计方案;为分析设计方案的可行性,设计了三种进气道,并采用数值模拟方法三种进气道流场进行了模拟;通过对模拟结果的分析探索了调节方案的调节原理;通过对三种方案进气道性能的比较,初步验证了调节方案.研究表明：采用降低外部波系封口马赫数的设计方法可提高进气道低马赫数工作时的流量系数;燃气射流控制技术可均化进气道在高马赫数工作时的入口流场,减小有效喉道面积,提高总压恢复;射流控制可调进气道在一定工作范围内具有较好的性能.     

变推力液体火箭发动机综述

随着人类探索太空活动的逐年增加,发展变推力推进技术的重要性愈发明显.本文综述了变推力火箭发动机国内外的发展现状与趋势,分解了发展变推力火箭发动机的关键技术,最后提出适合我国国情的变推力液体火箭发动机技术的发展设想.     

轮胎滚动溅水与垂直入水相似性分析

飞机在积水跑道上滑跑时,轮胎溅起的水可能进入发动机,导致发动机出现掉转、喘振甚至熄火等现象.以往对机轮溅水问题的研究主要采用全机溅水试验的方法,这样的试验价格昂贵,且得到的有效数据有限.首先,通过对轮胎溅水机理的分析,根据流动相似理论以及切片法思想,阐述了轮胎滚动溅水与垂直入水的相似性.然后,使用LS-DYNA商业软件分别建立了基于SPH-FEM耦合方法的弹性带翻边轮胎滚动溅水与垂直入水模型,根据数值计算结果分析了两系统中侧向喷溅的形成机理,并对比了两种侧向喷溅的正视溅水形态、溅水速度以及翻边的作用效果.结果表明,当两系统中轮胎速度存在一定对应关系时,两种侧向喷溅的正视形态存在相似性.最后,根据这种相似性提出了采用轮胎垂直入水试验研究机轮溅水形态的新方法,为该问题的研究提供了新的思路.     

相对非圆轨道的悬停控制方法研究

自然情况下,连续有限推力条件下,设计了伴随卫星相对于椭圆以及双曲线参考轨道卫星在任意位置实现悬停的开环控制方法.考虑到摄动及推力误差,在开环控制的基础上设计了用于构形保持的自适应无抖振滑模变结构反馈控制律,在保留变结构控制强鲁棒性特点的基础上,有效抑制了高频抖振.仿真结果表明,存在未知外界干扰的情况下,反馈控制力是连续的,且稳态误差小于104m.最后以＂Moliya＂和静止轨道为例,分析了悬停轨道的可行性.     

ROV水动力性能及推力控制分配研究与仿真

良好的推力控制分配策略是缆控水下机器人(remotely operated vehicle, ROV)机动性和作业安全性的保障,也是ROV运动控制技术得以实现的必要条件.但现有的推力控制分配策略存在推力输出饱和或计算时间过长等问题,导致ROV机动性欠佳.针对现存问题,提出了一种混合优化目标推力控制分配策略.首先,建立ROV驱动系统数学模型,设计了一种混合优化目标推力控制分配函数;再使用Fluent软件分析不同工况下导管螺旋桨的水动力性能,得到推进器的推力模型,从而确定混合优化目标推力控制分配函数的约束条件;最后采用光滑牛顿法求解混合优化目标推力控制分配函数,并与传统伪逆推力分配策略进行仿真对比.仿真结果表明,混合优化目标推力控制分配策略能满足各推进器对推力的约束要求,并能有效地利用约束范围内的推力集合,且通过光滑牛顿法求解的总体误差小于0.0007 N m,单步迭代次数在10步以内,单步计算时间小于2 ms,其具有精度高、实时性好、无推力输出饱和等优点.     

超声速气流中喷射角度对射流混合特性的影响研究

本文采用AUSMPW格式,求解全NS方程加SST双方程湍流模型,研究了超音速气流中横向喷射的流场.数值模拟给出了流场中由于射流喷射引起的附面层分离、马赫盘等现象,计算结果的壁面压力分布和试验结果吻合较好.在此基础上重点分析了喷射压力和喷射角度对燃料混合特性的影响.     

细长旋成体大迎角正则态非对称涡系结构的物理模型

在亚临界流动范围内, 对具有尖拱型头部的细长旋成体在无侧滑大迎角下利用在头部设置微扰动块取得稳定的、可重复的正则态非对称涡绕流流型. 通过对物面压力分布、截面侧向力分布和流动显示相结合的实验与分析, 揭示了细长旋成体在大迎角下这类正则态复杂涡系从头部沿轴向发展中所呈现出的非对称起始二涡和充分发展二涡、三涡等多涡系, 最后在尾部演变为类卡门涡系的复杂流型. 给出了这类涡系沿轴向演化与相应的截面侧向力变化之间的相关关系. 分析了截面侧向力分布曲线中的特征点所反映的涡系结构演化特征及其相应的压力分布特征. 在上述研究结果的基础上建立了细长旋成体大迎角正则态非对称涡系流动结构的物理模型.     

原子力显微镜探针与样品的微观接触及黏滑数

原子力显微镜(atomic force microscope, AFM)的扫描探针、针尖以及样品组成了一个微观接触、弹性变形、相对运动和摩擦的系统. 采用微尺度黏着接触理论的M-D模型, 研究了微探针针尖和样品表面的弹性接触和相对运动, 探究了扫描过程中能量的转换和耗散过程. 推导出了无量纲的黏滑数, 模拟出了不同黏滑数下的AFM侧向力信号: η＜1时, AFM侧向力信号十分微弱, 没有剧烈突变; η = 1时, 出现针尖跳跃现象(对应微观黏滑现象), 但没有能量损耗; η＞1时, 针尖跳跃滞后加强, 黏滑现象明显, 并且伴随能量耗散. 该无量纲参数揭示了微观黏滑现象产生的机理, 统一地表示了探针刚度、结构参数、黏着接触表面、载荷、样品形貌以及扫描参数的综合作用和影响, 并与现有的AFM测试结果吻合良好. 最后, 提出了从AFM侧向力信号中定量提取摩擦力信号的分析方法.     

固冲发动机转级过程中进气道动态特性分析

针对进气道出口、入口打开的先后顺序,开展了两种打开方案进气道流场数值模拟研究,获得了两种方案进气道动态特性、起动时间及压强峰值.研究结果表明,出口先开、入口后开方案进气道起动时间短且压强峰值小,更有利于固冲发动机的转级过程;同时研究结果可为固冲发动机转级时序的确定提供参考,为进气道结构设计提供依据.     

低雷诺数对某型涡扇发动机稳定性影响及扩稳调节规律分析研究

在高空、低速飞行时,雷诺数对发动机性能和稳定性有较大的影响.本文计算分析了飞行高度H=20 km、飞行速度Ma=0.7时,雷诺数对某型涡扇发动机性能和稳定性的影响,在此基础上,提出了为扩大发动机工作稳定性而应采取的调节规律.     

EGR和点火时刻对缸内直喷汽油机排放的影响

在一台气流引导喷雾的GDI发动机上,进行了EGR对发动机排放影响的研究,研究了中小负荷下,EGR和点火时刻对发动机燃烧、排放的影响．试验结果表明,点火时刻对GDI发动机排放有明显影响,推迟点火时刻,可以显著降低NOx排放,高EGR水平条件下,NOx排放减少幅度更大．较高的EGR率会小幅降低CO排放,点火时刻对CO排放影响较小．低EGR率有利于获得较低的HC排放．在2500r／min下,适当的EGR率可以降低CO排放．提高EGR率和提前点火,会明显降低排气温度,转速2500r／min下的排气温度会明显高于1850r／min下的排气温度．中小EGR率下,核态颗粒排放物浓度明显升高,随着EGR率的增加,聚集态颗粒物浓度小幅降低,核态颗粒物粒径范围10～25nm．     

胶囊机器人弯曲环境内万向旋转磁矢量控制原理

为了以空间万向旋转磁矢量为驱动源实现肠道胶囊机器人在充满大黏度液体弯曲环境内的非接触式转向游动,基于空间交变矢量正交叠加原理,本文提出一种新的叠加空间万向均匀旋转磁矢量的物理方法,即采用三相正弦波电流在三轴正交嵌套亥姆霍兹线圈装置内叠加均匀空间万向旋转磁场.根据所归纳的反相位电流叠加定律,提出了一种有效调整均匀空间万向旋转磁场方位与旋向的控制方法,为了验证叠加空间万向旋转磁场的可行性和可控性,研制了三轴正交嵌套的亥姆霍兹线圈装置、驱动电源和新型胶囊机器人样机,并在螺旋弯管和动物肠道内进行了游动试验,结果表明均匀空间万向旋转磁场的方位与旋向均可以数字化连续调整,通过空间万向旋转磁矢量的控制,胶囊机器人可在螺旋状肠道内转弯游走,空间万向旋转磁场技术的突破将推动现代物理学与生物医学工程的发展.     

大规模矢量地图与多分辨率DEM快速叠加的方法

高分辨率矢量地图数据与数字高程模型的无缝可视化,能增强两者在空间信息表达和分析中的作用.如何实现两者高精度实时无缝三维可视化是地理信息科学的一个重要研究内容.文中提出一种基于利用帧缓存和Voronoi图的方法,实现了大规模矢量地图的快速简化,并有效保持了简化前后拓扑关系的一致性,以此为基础建立了矢量地图的多细节层次模型,完成了视点相关多分辨率的叠加操作.此方法普适于各种DEM多分辨率模型,且可视化的性能不受地形数据集复杂度的影响,同时利用视景体裁剪和区域索引技术,降低了矢量地图数据规模对叠加效率的影响,使叠加耗时始终控制在一定范围内,从而实现了大规模矢量地图与多分辨率DEM无缝快速叠加显示.     

新型配流副液压变压器研究

提出一种新型液压变压器配流副结构以扩展其输出压力,建立了恒压网络实验系统以测试液压变压器的性能．通过仿真和实验研究来探讨液压变压器的输出压力、排量特性及速度稳定性．研究结果表明：所设计的液压变压器能够实现压力调节功能,输出压力由配流盘控制角度决定同时受负载的影响,负载压力与油源压力之比的变化范围大致为0-1.2.液压变压器是一个变排量液压元件,排量由配流盘的控制角度决定,而不受负载的影响．液压变压器的速度稳定性随着配流盘控制角度的增加而提高,当配流盘控制角度小于15°时,液压变压器存在运动死区．液压变压器的高瞬时驱动扭矩波动是其速度稳定性差的主要原因．研究结果将有助于进一步提高液压变压器的性能．     

基于四元数表达的模糊矢量形态学算子

由于经典的形态学算子不能直接拓展到彩色图像处理中,提出一类基于四元数表达的模糊矢量形态学算子.该算子利用四元数表达彩色图像并结合其分解特性,将彩色图像的模值、四元数的垂直分量和角度信息作为词典编纂顺序的3个边缘分量.3个分量一方面去除了彩色图像多通道数据的相关性,另一方面更便于词典编纂顺序等级的划分.并利用模糊数学解决了现有词典编纂顺序存在的等级判定难以深层进入的问题,给出了基于四元数表达的模糊矢量排序算法.与现有的矢量排序算法相比,新的矢量排序算法同时考虑了各分量的作用,并将判定进行到词典编纂顺序的最后一层,实现了矢量的正确排序.基于新的矢量排序规则,定义了矢量形态学算子,并将新的矢量形态学算子应用于彩色图像滤波、分割中.实验结果表明,与现有的矢量形态学算子相比,新的矢量形态学算子在平滑彩色图像噪声的同时保留了图像细节,并能正确地分割多类彩色图像,具有较高的鲁棒性及实用性.     

几种超声速横向射流方案混合特性的数值研究

本文首先发展了AUSMDV格式结合k-ωSST湍流模型的数值模拟方法,利用三维圆孔垂直喷氢实验算例验证了数值方法的可靠性.在确定质量加权平均总压和混合效率作为喷射方案性能评价标准的基础上,基于所发展的数值方法研究了不同喷射方案的混合特性.研究发现：超声速横向射流的近场混合主要由对流输运控制,而远场混合主要由质量扩散控制;圆孔喷射与狭缝喷射造成的总压损失相当,但圆孔喷射的三维绕流特性可使其导致更高的混合效率;圆孔喷射时,喷射角的变化主要影响射流近场的混合程度,喷射角120°为最优的喷射角喷孔间距与喷孔直径的比值增大时,可导致更高的混合效率,但也可相应带来总压损失的大幅增加;采用缩小喷孔面积而保证燃料质量流量不变的方法设计二级喷射方案时,其所引起的总压损失相比于单级喷射的增幅较小,而导致的混合效率增幅较大,因此二级喷射的混合性能优于单级喷射.本文的研究成果可为超燃冲压发动机燃烧室内燃料的喷射方案设计提供依据.     

基于矢量控制的感应电动机在游梁式抽油机上的启动性能分析

通过分析异步电动机的启动电流大、启动转矩小的原因,同时结合抽油机负载的特点,运用矢量控制方法对电动机的启动性能进行改善,使其与抽油机的负载相匹配.建立了基于MATLAB/Simulink的游梁式抽油机用异步电动机转差频率矢量控制系统的仿真模型,并对仿真结果与异步电动机的固有启动性能相比较.结果表明,采用转差频率矢量控制方法可以保证启动转矩同时减少启动电流,提高电动机的启动性能.     

同轴并联混合动力系统模式切换控制研究

同轴并联混合动力系统在低速运行工况下发动机怠速停机对于提升整车节油率有显著的作用,然而由于同轴并联混合动力系统的自身结构特性,当系统由纯电模式切换至混合动力模式过程中,发动机需要开启并通过离合器的接合介入动力系统,这一过程中存在的电机起动发动机及离合器接合控制问题一直是混合动力控制领域研究的热点问题.针对上述模式切换控制问题,本文建立了同轴并联混合动力系统传动系模型及干式离合器及其执行机构的数学模型,考虑模式切换过程的平顺性与混合动力系统的传动效率,并结合发动机起动阻力矩及系统负载转矩的瞬态不确定性,提出了一种同轴并联混合动力系统模式切换控制方法:首先采用H∞鲁棒控制理论设计出满足约束条件且性能指标较优的离合器接合速度轨迹,然后将离合器接合速度轨迹转化成执行电机转速期望曲线,设计直流电机转速跟踪PID控制器实现离合器的快速平滑接合,然后对所提出控制方法在急加速、缓加速、不同发动机内阻以及不同车辆负载工况下的离合接合过程的仿真对比,最后利用控制器自动代码生成技术对所提出方法进行了试验验证.结果表明,所提出的控制方法可以实现混合动力系统平滑快速的模式切换过程,且整车的纵向冲击度控制在一定约束范围内,使得系统模式切换平顺性得到了保障,从而为整车模式切换控制策略设计提供理论基础.     

爆轰推进概念与机理研究—新型发动机研究的热点

本文首先概述了爆轰现象,爆轰气动物理,爆轰推进概念和爆轰推进研究进展。然后重点介绍了目前在研究中的主要爆轰推进概念,如脉冲爆轰发动机,斜爆轰推进,冲压加速器,并从热效率和比冲的角度把脉冲爆轰发动机和传统的喷气推进发动机作了比较。最后探讨了爆轰推进研究的问题与方向。