横向连续推力小偏心率人工冻结轨道设计

非临界倾角自然冻结轨道要求近地点幅角为90°,偏心率在1×10^(-3)量级,并且偏心率与轨道倾角和半长轴有特定的对应关系,苛刻的要求极大地限制了轨道根数选择的多样性.研究表明,施加常幅值、方向半轨道周期切换的横向连续小推力可以形成任意轨道根数的小偏心率人工冻结轨道,放宽自然冻结轨道对轨道根数的严苛限制.维持小偏心率人工冻结轨道的横向连续推力a_T与半长轴的平方根成正比,与偏心率大小成反比;在临界倾角i_C附近,推力a_T与倾角偏置量△i近似成正比,且长期维持的燃料消耗较小.此外,在进行仿真计算时还需考虑拟平均轨道根数与瞬时轨道根数的转换.

对涡喷七发动机全加力状态温度高推力小的剖析和排故措施

涡喷七发动机全加力状态温度高推力小问题,是长期没有解决的生产关键。文章从实际出发,进行理论计算和统计分析,从而找到产生故障的原因,其中有大气湿度的影响,发动机涡轮部件性能退化,~t4温度受大气温度的影响和~t4温度场的不均匀性。针对以上原因,提出了行之有效的排故措施,对解决我国当前使用的双转子发动机经常出现的温度高推力小问题有广泛的现实意义。

离子液体电喷雾推力器发射极制造技术现状及展望

离子液体电喷雾推力器是目前热点研究的一种静电式微电推进装置,影响该类推力器性能的核心部件之一是发射极,其制造技术已成为离子液体电喷雾推力器研制的关键技术之一。结合离子液体电喷雾推力器工作原理和发展历程,分析了毛细管型、外部浸润型和多孔材料型三类发射极的推进剂输运特点和制造需求;回顾和梳理了三类发射极的典型制造材料与相关制造技术,总结评述了离子刻蚀等不同制造技术的优缺点;针对较为成功的基于多孔材料的超快激光制造技术,从发射极设计、新型材料制备、超快激光与材论文拓展料作用机理等角度提出了发展建议。

霍尔推力器中电子碰撞及等离子体密度和磁场梯度激发的不稳定性

在霍尔推力器中,电子漂移、电子碰撞,以及等离子体密度、温度、磁场梯度所蕴含的自由能会驱动各种频率和波长的不稳定性.不稳定性的存在会破坏等离子体的稳定放电,削弱推力器与电源处理单元的匹配度,降低推力器的性能.基于此,本文利用基于流体模型推导的色散关系研究了霍尔推力器中由电子碰撞、等离子体密度和磁场梯度驱动的不稳定性.结果表明:1)在考虑电子惯性、电子与中性原子的碰撞,以及电子E×B漂移时能够在推力器近阳极区到羽流区内的任一轴向位置处激发不稳定性.随着角向波数ky的增大(k=2π/λ,λ为波长),模式将从由碰撞激发的低杂波不稳定性转变为离子声波不稳定性.当ky=10 m−1时,最大增长率γ_(max)对应频率ωr随着碰撞频率νen的增大而轻微减小;当ky=300 m−1时,γ_(max)对应的频率ωr以及最大频率ω_(rmax)几乎不随碰撞频率变化.不依赖于ky的大小,对于碰撞激发的不稳定性,模式的增长率随着碰撞频率的增大而增大.2)同时考虑电子惯性、电子碰撞效应,以及密度梯度时,密度梯度对驱动不稳定性占主导作用.模式的动力学行为不会随ky的增大而变化,但模式的本征值随ky的增大而增大.在密度梯度κN=0的两侧,由于密度梯度引起的抗磁性漂移频率ωs的符号发生了变化,模式的本征值在κN=0两侧有相反的变化趋势:当ω∗与ωr符号相反时,密度梯度对不稳定性的激发有削弱作用(κN>0);当ω∗与ωr符号相同时,密度梯度对不稳定性的激发有增强作用(κN<0).3)在模型中同时考虑等离子体密度梯度、磁场梯度,以及电子惯性和碰撞效应时,模式本征值的变化依赖于电子的漂移频率,以及密度和磁场梯度引起的抗磁性漂移频率的相对大小.当仅包含密度梯度和磁场梯度时,推力器放电通道内将出现稳定窗,即增长率为0的区间;包含电子惯性和碰撞效应后,稳定窗消失.

固体姿轨控发动机变工况过程推力不确定性分析

为探究喉栓式固体姿轨控发动机推力动态性能可靠性,考虑燃气阀几何参数不确定性对固体姿轨控发动机变工况过程推力性能不确定性开展研究。结合固体姿轨控发动机工作原理、推力数学模型和零维内弹道方程构建发动机变工况过程推力计算模型。在此基础上,根据固体姿轨控发动机阀门几何参数不确定性模型,采用蒙特卡罗模拟法进行不确定性传递,获取喉栓瞬时运动后推力不确定性随时间的变化规律,实现变工况过程推力不确定性分析,并对不确定性变量进行重要度排序。量化评估固体姿轨控发动机实时调节过程中的推力不确定性,可以为固体姿轨控发动机控制系统提供更合理的设计要求,在满足设计需求论文拓展的同时节省研制成本。

基于扰动观测器的宏微复合平台的推力波动补偿研究

宏微复合平台多采用直线电机作为宏动台,而直线电机的推力波动作为直线电机的固有属性,会对整个宏微复合平台的定位精度以及宏微切换启动行程产生影响。为降低微动台启动行程与宏微复合平台的定位误差,先采用模糊前馈的控制方法降低宏动台定位误差,减少微动台启动行程。在此基础上对宏动台直线电机的推力波动,采用扰动观测器(DOB)对推力波动进行补偿,研究补偿前后对宏微切换启动行程与宏微平台定位精度的影响。通过仿真表明使用DOB补偿宏动台的推力波动,能够降低宏微启动时微动台的运动行程200nm,能够使宏微复合运动平台的定位误差降低150nm。实验结果表明,补偿宏动台推力波动会降低宏微切换时的微动台启动行程300nm,降低了宏微复合平台的定位误差150nm,进入1μm误差带的时间减少了0.014s。说明采用DOB对推力波动进行补偿能够提高宏微复合平台的性能。

商用车推力杆螺栓失效原因分析与改进

竖销型V型推力杆球头位置为典型的球座-法兰连接结构,其中螺栓作为重要的连接部件,对于保证产品的稳定性具有重要作用。为解决某款重型卡车用V型推力杆球头位置的螺栓失效问题,文章从螺栓的初始设计、螺栓松动的可能原因入手,结合理论计算,振动的计算机辅助工程(CAE)分析等,确定失效的主要原因为初始扭矩设计不足以及螺栓在振动工况下的自松动行为。基于此,文章针对性制定了改进措施,并通过横向振动试验对比选定了优化方案,不仅解决了实际问题,提高了产品的稳定性与耐久性能,也对后续螺栓连接的优化设计提供了指导。

基于康达效应的高速气流推力矢量喷管

基于康达效应设计了一种高速气流推力矢量喷管,利用其对流体的偏转作用实现主流方向控制。喷管由主通道以及外侧八个独立气室和出口处的康达壁面组成,可通过气室外部的开合情况来实现八个偏转方向的控制。本文对所设计的高速气流推力矢量喷管进行了仿真计算,研究了主流速度、气室开合情况及康达壁面曲率三个参数对主流偏转效果的影响。数值模拟结果表明:(1)主流速度在50~160 m/s时,不同的开合组合的偏转效果有较为显著的差异。(2)气室打开数量为奇数时,偏转效果优于偶数。只有一个气室开口时,偏转效果最优。(3)计算得到三维喷管最优康达壁面的曲率是55.26。本文设计的高速气流推力矢量喷管能够达到较好的偏转控制效果,最大偏转角度可达到85.91°。

基于比例谐振内模扩张状态观测器的PMLSM推力波动抑制策略

定位力是永磁同步直线电机(PMLSM)产生推力波动的主要原因,导致振动和噪声,恶化驱动系统运行性能。针对这一问题,该文提出一种基于比例谐振内模扩张状态观测器(PR-IMESO)的PMLSM推力波动抑制策略以提高系统控制精度和运行性能。首先,对PMLSM推力波动进行建模与分析,针对推力波动中占比较大的定位力分量,根据内模原理研究考虑定位力模型的内模扩张状态观测器(IMESO),并在观测器中引入谐振项以加强对二次脉动定位力的抑制。所提出抑制策略对PMLSM定位力具有良好的观测及补偿能力,还可对其余未建模的复杂动子推力波动进行抑制,具有较好的推力波动整体抑制效果。最后,在一台750 W的PMLSM实验平台上验证所提出抑制策略的有效性。

考虑黏土蠕变特性的大埋深盾构复推总推力增量解析解研究

由于黏土存在蠕变效应,黏土地层中盾构长时间停机会诱发盾构复推总推力增量过大、盾构姿态难以控制、管片易破损等次生风险等问题,将黏土地层视为Burgers黏弹性体,构建考虑地层应力和蠕变特性的大埋深圆截面隧洞简化力学模型,根据黏弹性理论推导盾壳-地层径向接触应力的黏弹性解,进而通过积分和分段计算求解复推总推力增量与停机时间的理论关系式。结合水工盾构隧洞停机实例,对比复推总推力增量实际值与理论值。研究结果表明:复推总推力增量实际值与理论值平均相对误差为13.81%,验证了该解析解的可靠性;隧洞埋深越大,复推总推力增量越大,表明大埋深段停机需更关注复推推力控制;盾壳-地层界面摩阻力随超挖间隙增大而减小,而复推总推力增量随之增大;此外,总推力增量随着盾壳-地层界面摩擦因数减小而显著减小。因此,设置合适的超挖间隙和长时间停机时采取往盾壳外注入膨润土等润滑减阻措施能有效预防大埋深段停机的次生风险。

可倾瓦推力轴承惰转过程的最小膜厚预测方法

为建立可倾瓦推力轴承惰转过程中最小油膜厚度的预测方法,依据核主泵推力轴承的实际工作情况,基于雷诺方程的自编程序,分别进行热态和冷态下主、副轴瓦润滑性能参数的计算与数值模拟分析,提出可倾瓦推力轴承的最小油膜厚度的理论拟合公式,并对最小膜厚的计算值和拟合值进行对比和分析。结果表明:随着转速降低,主轴瓦的最小膜厚单调减小,副轴瓦的最小膜厚先增加后减小;主、副轴瓦最小膜厚的计算值可以和拟合值较好地对应,验证了理论拟合公式的可靠性。提出的理论拟合公式可以通过额定转速下的最小膜厚计算结果预测多种工作条件下的最小油膜厚度,为主泵惰转的安全性提供重要参考。

基于冗余执行器的航空发动机推力快速响应控制方法研究

面向飞/推一体化控制需求,开展涡扇发动机推力快速响应控制研究,提出了适用于推力最小相位系统的冗余控制方案。研究内容包括:(1)借鉴阀位控制思想,提出在传统燃油流量(Wf)回路基础上增设尾喷口喉道面积(A8)回路,通过挖掘冗余执行器变化速率潜力,提高推力响应速度,降低了对于燃油泵快速作动的需求,同时该方法可以使喷口在推力响应过程逐渐回中,系统具备持续的推力快速调节能力;(2)分析了A8调节推力的物理机理,指出容腔压力动力学主导的部件间流量匹配过程使得A8对推力具有直馈作用,是提高推力响应速度的有效途径。基于发动机部件级模型的评估结果表明,本文提出的方法在执行机构存在速率限制的情况下,实现了推力10 rad/s闭环带宽和A8回中的设计目标,方法可行、有效。在推力响应过程中,A8直馈作用对推力变化的贡献度最高时超过50%。随着对于推力控制模式和推力响应速度的日趋关注,应对容腔内的压力动态过程给予充分的重视。

基于偏航机动的常推力定点着陆制导方法

实现定点着陆终端位置速度六分量控制通常需要发动机推力可调。提出了一种通过偏航机动实现固定推力下的定点着陆制导方法。该方法通过偏转航向角,调节发动机输出在下降轨迹平面内的分量,从而实现航程控制;为了消除推力方向偏转产生的横向位置、速度偏差,设计了偏转角符号调整策略,使得着陆器在水平面内呈“之”字形运动,以一定推进剂为代价,最终保证了下降着陆终端位置、速度的全部可控。仿真表明,所提方法简单有效,易于工程实施。

节流式燃/氧分离组合固体发动机推力性能调节数值研究

节流式燃/氧分离组合固体发动机将燃烧室分为富燃燃烧室和富氧燃烧室,采用富燃固体推进剂和富氧固体推进剂串联装填的形式,在两个燃烧室中间增加节流阀,通过调节节流阀开度实现推力调节。利用商业软件对节流式燃/氧分离组合固体发动机在节流阀流道半径不同时的工作状态进行模拟,研究节流式燃/氧分离组合固体发动机的工作特性,获得节流式燃/氧分离组合固体发动机燃气流动和掺混特征,揭示节流式燃/氧分离组合固体发动机推力调节机理以及节流阀流道半径对节流式燃/氧分离组合固体发动机燃烧效率的影响规律。研究发现:节流阀流道开度(即节流阀流道半径R)减小可增大发动机推力;随着节流阀开度的减小,节流阀出口燃气马赫数随之增大,而发动机燃烧效率却出现先增大后减小的规律,当节流阀出口燃气流动达到临界状态时发动机燃烧效率出现最大值。

大推力音圈电机结构优化与实验验证

针对高性能电液比例阀所需的大推力驱动器,提出了5种结构形式音圈电机,利用电磁仿真工具ANSYS Maxwell,对不同结构的音圈电机的推力和磁场分布特征进行了计算,分析铁芯半径和线圈位移对不同结构的音圈电机推力和磁场分布的影响。结果表明,5种结构中内磁式无铁芯、线圈紧贴外壳、永磁体分段设计的结构有最大推力,可达75.29 N,并通过实验得到了验证;在永磁体两侧添加导磁环以及适当分段永磁体,均能有效提升音圈电机的推力。

基于冷流推力的变微过载控制方法研究

针对地面微重力环境下的变微过载控制方法,以不同冷流压力以及二次流入射位置等因素,开展了基于冷流推力的流场仿真,分析了二次射流对主流流场影响。并研制了冷流推力系统,通过测试验证了冷流推力与总压的相互关系。并通过微重力落舱开展了1s微重力环境下的变微过载试验,结果表明通过冷流流场型面设计,以及主流、二次流压力的控制可以控制作用于内舱的推力,从而改变内舱微重力环境下的微重力水平,满足在微重力环境下的变微过载控制能力。

碟簧支承高速圆瓦推力轴承性能分析及标高误差影响研究

针对立式干气密封氦气压缩机轴系用高速圆瓦推力轴承承载性能问题,建立碟形弹簧支承推力轴承的润滑性能计算模型和搅拌功耗计算公式,分析圆形瓦推力轴承随转速、载荷的性能变化规律及标高误差对轴承润滑性能和支承碟形弹簧性能的影响。研究表明:轴承搅拌功耗与摩擦功耗的比值随转速和载荷的增大分别增大和减小,最高转速下搅拌功耗是摩擦功耗的两倍以上;弹性自适应调节技术可以有效改善瓦块标高误差对轴承承载平面度的影响,但各瓦标高误差越大,各瓦润滑性能及碟形弹簧积累的变形能差异也越大。因此,对于高速立式转子系统,推力轴承设计必须考虑搅拌功耗对轴承温升的影响,同时需要进一步研究标高误差对转子高速稳定性的影响。

一体化姿控火箭发动机小推力测量方法

在液体姿控火箭发动机的小推力测量过程中,由于高频交变载荷的影响,推进剂供应管路的振动及其约束会对推力测量的准确性产生较大影响,而传统的黏结式应变片灵敏度低,在测量过程中会产生蠕变,导致测量结果不准确。针对这一问题,提出了一种新型的推力测试方法,该方法采用轮辐式一体化火箭推力测量结构,将管路与敏感梁集成在推力测量结构上,极大地减少了管路振动引起的测量误差。通过玻璃微熔技术在不锈钢基底上制备应变单元,实现推力的高精度测量。传感器测试结果表明该装置非线性性能为±0.45%FS,重复性性能为±0.16%FS,迟滞性能为±0.40%FS,基本测量误差达到±0.62%FS,满足小推力发动机的实际测试需求,为有约束条件下的小推力测量以及宽温区推力测量等提供了一种新的方法和途径。

200 N推力装置上肼类分解催化剂的应用性能

研究制备了一种单组元姿轨控发动机用肼类分解催化剂,采用200 N推力装置对其应用性能进行了研究和考察。在催化剂物化性能指标满足应用要求的基础上,利用200 N推力装置通过力学环境试验考察了催化剂力学环境适应性,通过双-10℃低温冷启动、低温稳态及脉冲、正负拉偏以及脉冲寿命热试考核程序考察了自制催化剂的低温冷启动性能、低温稳态性能、常温正负拉偏稳态性能以及脉冲寿命性能。结果表明:该催化剂肼催化分解效率在99%以上,机械强度高且力学环境适应性良好,具有较高的肼催化分解活性和稳定性,能够在200 N推力装置上于双-10℃正常启动,顺利完成了低温稳态、常温正负拉偏和脉冲寿命等考核程序,发动机室压平稳,响应特性良好,脉冲一致性好,可满足推力装置的使用要求。

液压泵用推力球轴承疲劳剥落原因

某台液压泵推力球轴承发生疲劳剥落现象。采用宏观观察、化学成分分析、金相检验、硬度测试、压印深度测量等方法对轴承剥落的原因进行分析。结果表明:轴承发生疲劳剥落的原因为,保持架兜孔压印部位变形量大,钢球受到过度约束,钢球与保持架发生运动干涉,最终导致轴承疲劳剥落。采用聚醚醚酮材料制造的自锁保持架替代铜实体保持架,可有效改善推力球轴承疲劳剥落的问题。