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2018年  第40卷  第6期      刊出日期 2018-12-28   目次   上一期   下一期  
     
航天工程
  • J2摄动下卫星编队重构的多脉冲轨迹优化
  • 王有亮1,2,3,郑建华1,2,3,李明涛1,2,3
  • 2018, 40 (6):1-8[摘要](1445)  [PDF  682KB](1383)
    针对考虑J2摄动的椭圆参考轨道的编队重构问题,以消耗燃料最少为目标函数,基于高斯变分方程研究编队重构的多脉冲轨迹优化方法。推导考虑J2摄动和轨道面内外耦合的轨道要素偏差线性动力学方程,采用遗传算法和序列二次规划结合的混合算法对总的速度增量进行优化。数值仿真表明该混合算法有效,可以高效地得到可行解。由于考虑了J2摄动和椭圆参考轨道,该算法对航天任务中的轨迹优化具有一定的参考意义。
  • 高超声速飞行器前缘流-热-固一体化计算
  • 李佳伟,王江峰,杨天鹏,季卫栋
  • 2018, 40 (6):9-16[摘要](725)  [PDF  951KB](745)
    针对高超声速流动气动加热与结构传热的复杂耦合问题,探索和研究基于有限体积法的高超声速流-热-固一体化求解方法,将流场与结构温度场进行统一建模与数值模拟。该方法避开了传统气动加热和结构传热耦合求解方法在时间域内进行流场与结构温度场耦合交替迭代计算所带来的大量数据交换与计算,将流场与结构温度场作为一个物理场,采用统一的控制方程进行求解。采用典型高超声速绕流二维圆管稳态或非稳态流-热-固耦合算例对该一体化方法进行验证,稳态时圆管驻点温度最高达到648 K,非稳态时的热流密度和结构温度与参考文献和实验值吻合较好,由此证明了该方法的可靠性和正确性。与耦合计算方法的对比分析结果表明:该一体化求解方法所得计算结果更接近实验值,并且计算量和网格依赖性都相对较小,具有更好的稳定性和计算精度,能为高超声速飞行器一体化热防护设计提供有效的理论和技术支撑。
  • 不同形状粗糙元在诱导超声速边界层转捩中的应用
  • 周云龙1,刘伟1,吴栋2
  • 2018, 40 (6):17-22[摘要](791)  [PDF  928KB](658)
    为了研究不同形状粗糙元诱导边界层转捩机理的差异,采用五阶精度加权紧致非线性格式数值模拟了Ma=4.20条件下方柱形、圆柱形、钻石形和半球形粗糙元引起的超声速平板边界层转捩问题。结果表明:方柱形粗糙元产生的分离区长度较大,分离区中存在较强的非定常扰动并产生绝对不稳定机制使边界层很早就发生转捩;钻石形粗糙元分离区的展向宽度较宽,导致分离区中的涡结构向下游发展时形成的湍流尾迹区较宽;而圆柱形和半球形粗糙元诱导边界层转捩的能力相对较弱。
  • 几何约束的改进弹性体网格变形方法研究及应用
  • 张斌,丰志伟,杨涛,彭悟宇,张青斌
  • 2018, 40 (6):23-29[摘要](762)  [PDF  1011KB](1000)
    针对现有弹性体网格变形方法无法有效抑制网格单元出现“负体积”和过度畸变等问题,引入体积弹性模量约束和挤压弹性模量约束,提出一种基于几何约束的改进弹性体法。借助Patrick网格质量参数,选取三维长方体边界在旋转、平移和伸展变形三种方式下的大幅度运动,对比研究引入几何约束后的改进效果。仿真计算二维NACA0012翼型的俯仰振荡和三维伸缩翼变形过程的气动特性,结果表明:基于几何约束的改进弹性体法显著提高了变形网格的鲁棒性,尤其在大变形时能够有效约束较差网格单元,改善经典方法存在的问题,可为非定常流场问题的求解提供有力支撑。
  • 微型导弹柔性充气翼结构设计与力学变形仿真
  • 刘龙斌,贾逸聪,魏元,胡凡,张士峰
  • 2018, 40 (6):30-37[摘要](868)  [PDF  1048KB](689)
    以NACA2412为基准翼型设计充气弹翼,采用柔性蒙皮应力分析理论并根据弹翼蒙皮材料强度极限理论建立考虑分布质量影响的改进应力表达模型,据此得到柔性薄膜弹翼允许充气压力范围。分析结果发现:柔性弹翼充气单元尺寸越小,相应的充气压力允许范围越大。采用ABAQUS/CAE软件以不可压缩壳单元仿真柔性充气弹翼在不同充气压力条件下的变形情况,发现非对称翼型充气后中间下凹的翘曲方式并确定柔性蒙皮的危险点,利用翼面典型线分析了充气翼局部力学变形特性。进一步对充气弹翼进行表面覆膜改进分析,获得了良好的结构力学性能改进效果。
  • 大展弦比飞行器伺服气弹模态下传感器布局
  • 杨伟奇1,2,杨惠2
  • 2018, 40 (6):38-43[摘要](649)  [PDF  934KB](613)
    针对大展弦比弹性飞行器传感器位置对伺服气动弹性的影响,在现有传感器设置方法的基础上,提出了一种新的优化设计准则。证明了能观测Gramian矩阵的迹代表弹性振动能量,并引入椭圆容积作为特征值的几何平均值,给出了高效的简化计算方法;通过H2范数分析各阶模态以及传感器的权重影响,既平衡了低阶模态的主导特性又防止了高阶模态的溢出。在考虑弹身弯曲、弹翼弯曲与扭转的情况下对几种传感器的设置准则进行评估,仿真表明所提出的最优指标能够精确高效地设置传感器位置,也能充分反映各阶模态的影响权重,适合飞行全程传感器的位置优化,具有很强的工程应用价值。
  • 二次流引射对保形非对称喷管性能的影响
  • 马松1,2,谭建国1,张志伟2,朱伟1,2,姜浩2
  • 2018, 40 (6):44-51[摘要](876)  [PDF  1135KB](606)
    发动机与飞机后体结构设计合理与否直接影响发动机的部件匹配和性能。利用三维雷诺平均NS方程和k-ω SST湍流模型对飞翼布局无人机保形非对称喷管在典型飞行状态下开展了内外流流场特性的数值分析,获得了后体尾喷管推力性能和三维流动特征随二次流压力比的变化趋势。结果表明:发动机喷管落压比条件一定的前提下,通过合理优化二次流通道、增大二次流压力比,可以有效改善后体/喷管主流流场特性;当二次流与主流的流量比在0.2%~1.86%内时,后体尾喷管轴向推力系数的变化幅度大约为3%,在一定程度上能够减弱发动机主流的过膨胀程度,减小发动机推力损失,无人机后体尾喷管性能得到显著提高。
  • 气液比对液体中心式气液同轴离心喷嘴燃烧过程的影响
  • 康忠涛1,2,3,李清廉2,3,邹建军2,3,成鹏2,3
  • 2018, 40 (6):52-60[摘要](709)  [PDF  1045KB](574)
    为了分析气液比对液体中心式气液同轴离心喷嘴燃烧过程的影响,针对一台采用液体中心式气液同轴离心喷嘴的燃气发生器在不同气液比下进行热试,并对试验结果进行深入分析。结果表明:随着气液比的增加,燃烧过程存在三种状态——稳定燃烧、稳定燃烧过渡到低频不稳定燃烧、低频不稳定燃烧。这种低频不稳定燃烧与供应系统的振荡无关,是由气液比增加造成三岔火焰远离喷注面板,当三岔火焰到达喷雾撞击点后火焰稳定性降低,使得火焰在回流区内前后振荡引起的。
  • 初始误差和制导工具误差估计的非线性方法
  • 李冬1,魏超1,周萱影2
  • 2018, 40 (6):61-67[摘要](572)  [PDF  522KB](532)
    准确估计初始误差和制导工具误差是机动发射飞行器精度鉴定必须解决的重要问题之一,提出了一种基于非线性模型的误差估计新方法。给出了平台初始失准角向定向误差的转换方法,采用不动点迭代法实现真实视加速度的精确计算,将真实发射系的轨道参数表示为初始误差和工具误差的非线性函数,结合外测数据建立了同时估计初始误差、工具误差、外测系统误差、遥外测时间零点偏差的非线性模型,避免了初始误差的线性化近似。给出了Bayes极大后验估计方法,利用非线性模型和先验信息获得误差的最优估计,证明了估计方法的收敛性。仿真结果表明,所提方法提高了初始误差和工具误差的估计精度,并实现了测量数据的自校准。
信息与通信工程
  • 潜伏-隔离机制下的信息扩散拓展模型及稳定性
  • 王刚1,胡鑫1,2,陆世伟1,马润年1
  • 2018, 40 (6):124-128[摘要](654)  [PDF  623KB](547)
    为适应信息扩散中病毒传播的复杂性和不确定性,在传统病毒传播模型和信息扩散模型基础上,引入潜伏状态和隔离状态,研究潜伏-隔离机制下的信息扩散模型及其稳定性。构建基于潜伏-隔离机制的信息扩散模型;运用劳斯稳定性判据,论证系统平衡点的局部稳定性,分析基本再生数R0及其对网络感染源和系统状态的影响;通过仿真实验,分析节点连通半径、节点分布密度和节点接触率对信息扩散的影响。仿真结果表明:通过调整节点连通半径、节点分布密度和节点接触率等参数,可实现对信息扩散的有效控制。
控制科学与工程
  • 采用自适应简化不确定性卡尔曼滤波算法的飞行器导航控制方案
  • 张恒浩
  • 2018, 40 (6):141-150[摘要](668)  [PDF  1270KB](587)
    针对飞行器绕本体轴高速旋转的飞行过程出现的严重耦合干扰问题和大角加速度和大角速度测量问题,提出了一种自适应简化不确定性卡尔曼滤波算法。该算法使用超球面分布采样点和线性转移等方法简化算法采样计算和采样点的权值计算,提高算法效率;利用模型噪声和线性方程,通过一步预测进行自适应设计,计算滤波值和误差方差矩阵;使用次优噪声估计器推算过程噪声;对过程噪声进行正定判定,防止算法发散。仿真结果表明,这一改进的自适应简化不确定性卡尔曼滤波算法能够有效减少滚转角解算误差和耦合干扰,提高飞行器着陆点的精度。
  • 基于非线性扩张状态观测器的直线电机PD控制
  • 陈志翔,高钦和,谭立龙,董家臣
  • 2018, 40 (6):151-156[摘要](609)  [PDF  551KB](530)
    为了解决直线电机伺服系统跟踪速度与峰化现象之间的矛盾,设计一种基于非线性扩张状态观测器的比例微分(Proportion Differentiation, PD)控制器。将直线电机伺服系统中的未建模动态和外界干扰定义为总和扰动并扩充为系统新的状态变量,利用非线性扩张状态观测器(NonLinear Extended State Observer, NLESO)估计不可测量的直线电机动子速度以及总和扰动。利用NLESO和跟踪微分器TD的输出,基于动态补偿线性化思想设计了引入补偿量的PD控制器,并给出了闭环控制系统稳定性证明。在Googol公司的实验平台上,通过与两种基于LESO的PD控制器对比,验证了所设计的基于NLESO的PD控制器的可行性。实验结果表明,基于NLESO的PD控制器可使直线电机伺服系统具有跟踪速度快、跟踪精度高、峰化现象小、鲁棒性强的优点。
物理学
  • 层流介质中金属板腐蚀电位分布研究
  • 张建春,王向军
  • 2018, 40 (6):157-164[摘要](599)  [PDF  1021KB](600)
    为了研究流动介质中产生的静电场,结合电化学和流体力学相关知识建立层流介质中金属板模型,利用贝塞尔函数展开及其逆运算推导出在三层介质中基于点电荷模型的腐蚀电位解析表达式,同时计算出金属板产生的电场。运用推导出的解析表达式计算出在流动介质中任意场点处金属板随不同流速产生的腐蚀电位,并通过实验验证结果的正确性。结果表明,对层流条件下电化学反应产生的电流密度所建模型的结果与实验测量数据吻合度较高,同时电场分布也会随着流体流速及层流方向上长度的变化而发生变化。
电子科学与技术
  • 0.13 μm标准CMOS工艺的高可靠流水线模数转换器
  • 周宗坤1,2,黄水根1,董业民1,林敏1
  • 2018, 40 (6):165-170[摘要](602)  [PDF  898KB](547)
    针对航空航天电子系统对高性能模数转换器的需求,采用0.13 μm标准互补金属氧化物半导体工艺,设计可以在极端温度和空间辐射环境中稳定可靠工作的12位分辨率、50 MS/s采样率的流水线模数转换器。通过采用无采样保持电路以及抗辐射电路和版图加固等技术,在减小功耗的同时有效地削弱总剂量辐射效应的影响。测试结果表明:在-55~125 ℃温度范围内以及150 krad(Si)的总剂量辐照条件下,得到大于64 dB的信噪比、大于73.5 dB的无杂散动态范围和最大0.22 dB的微分非线性。
光学工程
  • 主稀释剂He预热对燃烧驱动DF激光器输出性能的影响分析
  • 房晓婷,袁圣付,华卫红
  • 2018, 40 (6):171-176[摘要](596)  [PDF  1028KB](568)
    针对燃烧驱动连续波DF激光器,对仅预热主稀释剂He的情况下激光器的输出性能进行了理论分析和仿真研究,并与燃料常温条件的结果进行了对比分析。对于燃料体系为(H2+NF3+He)+D2和(C2H4+NF3+He)+D2的DF激光器,在燃烧室产生的F原子流量不变的条件下,当主He预热至(1100 K,1300 K)时,激光器比功率较常温条件下分别约提高了(21%, 24%)和(46%, 56%),同时燃烧室所需的燃料消耗分别约减少了(25.5%, 29%)和(32%, 36%)。在工程应用方面,主He可成功预热至800 ℃(1100 K)。因此,主He预热是有效且可行的燃料预热方案,有利于改善激光器的输出性能,为激光器的高效率和紧凑化发展进程提供新的技术路线。
机械工程
  • 随机-非概率模型下的船体结构屈服强度可靠性分析
  • 滑林,吴梵,牟金磊
  • 2018, 40 (6):177-182[摘要](594)  [PDF  722KB](613)
    针对在役舰船船体载荷、材料属性的随机特性和实船勘验得出的腐蚀损伤下船体抗力区间特性,提出一种基于随机概率理论和区间非概率理论的随机-非概率可靠性分析模型,分别从区间变量随机化和随机变量区间化两个角度给出该模型的可靠性指标求解方法。基于该模型对某舰船船体结构屈服强度进行可靠性分析,结果表明:该模型既体现了结构变量的客观不确定性又减弱了评估结果的盲目保守性,对于既含有随机变量又含有区间变量的在役舰船的可靠性评估具有很强的适用性。
航天工程
  • 磁梯度张量的旋转计算方法
  • 贾文抖1,林春生1,陈春行1,翟国君2,3
  • 2018, 40 (6):183-188[摘要](690)  [PDF  587KB](616)
    为了获得磁梯度张量数据,提出旋转计算磁梯度张量的方法。使倾斜放置的磁梯度计绕竖直轴线转动,利用测得的空间磁梯度数据计算得到磁梯度张量。以磁梯度张量的理论值作为参考,选取一组较优的转动角、倾角和基线长度等模型参数,分析磁力仪三轴指向误差对磁梯度张量计算结果的影响。数值仿真结果表明:该旋转合成方法能够有效获取磁张量信息,合成计算值与理论值之间的差别较小。
  • 新型导爆索式爆炸零门设计及试验
  • 丁亮亮1,李振铎1,2,李翔宇1,卢芳云1
  • 2018, 40 (6):189-194[摘要](944)  [PDF  810KB](657)
    为了增强爆炸零门在应用中的稳定性,降低对沟槽装药装填工艺的要求,以间隙零门为研究对象,提出了以导爆索代替部分沟槽装药结构的方法。对具有不同尺寸参数的导爆索、沟槽装药以及零门间隙进行组合试验,以期通过试验得到装填工艺简单且控制通道对信号通道作用稳定的装填物质组合。研究结果表明,通过对由导爆索构成的爆炸零门进行合理的参数配置,能够实现在提升零门装置稳定性的同时又保证其可靠性。
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