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。

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。

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。

姿控推力室隔热框断裂故障分析及改进

针对某姿控动力系统推力室在力学环境试验过程中发生的隔热框断裂故障,对故障部位进行断口分析和结构强度分析,发现在高量级随机振动条件下隔热框支撑肋根部存在严重的应力集中,导致发生疲劳断裂。通过改进隔热框支撑肋结构,经强度分析和推力室力学环境试验验证,隔热框未再发生类似故障,表明改进措施方案可靠有效。

LHT-200霍尔推力器热特性模拟分析

为获得LHT-200霍尔推力器在12.5 kW额定功率工况下的热耗及温度分布,采用有限元分析结合热平衡试验验证对推力器在额定工况下的热耗进行了迭代校准和热特性模拟分析。结果显示,当推力器总热耗为2700 W,即占总功率比例为21.6%时,温度模拟结果与实测值最为接近,最大误差出现在推力器外壳且达到了6.3%。实测结果显示推力器温度最高处为内绕线柱和内部支撑,分别为318℃和304℃,而靠近外部的导磁底座、散热板和外壳等部件的温度相对较低,基本在150~210℃范围内,后续可对外部部件进行表面处理以提高发射系数来进一步降低推力器整体温度。研究结果可为LHT-200霍尔推力器的热设计改进提供工程指引,并为国内同类型霍尔推力器的热分析提供仿真边界条件初值和参考。

离子推力器工作全过程数值仿真方案研究

离子推力器具有比冲高、寿命长、推力连续可调等优点,已成为未来空间探测任务推进系统的首选。离子推力器产品的优化设计通常采用实验测量的手段来实现,现有的仿真软件均是针对离子推力器的各个组成组件来开发,忽略了组件之间的相互耦合,为此,亟待开发一款综合考虑各组成部件相互作用的离子推力器工作全过程数值仿真软件。离子推力器结构复杂,且涉及等离子体场、流场、电场、粒子间碰撞以及粒子与壁面相互作用等过程,现有的仿真手段很难实现在同一时空下的数值模拟。提出了一种近似耦合的数值仿真方法,即仍将离子推力器的各组成部件作为一个独立的个体来仿真,但在数值建模时,考虑相关联部组件的影响。分别构建了两两耦合的数值仿真模型,开展了数值仿真计算,仿真结果显示部组件单独工作和耦合工作时组件内部的等离子体微观参数将发生较大变化。

国外离子推力器栅极几何形貌测试评价技术的应用与发展

栅极组件作为离子推力器的核心部件,对电推力器的性能、可靠性及寿命起着非常重要的作用。简述了离子推力器栅极几何形貌测试评价技术的主要研究内容,重点论述了国外航天技术先进国家在寿命试验中应用栅极几何形貌测试评价新技术的重要进展,总结了几何形貌测试评价技术的发展趋势。

基于推力矢量分配的ROV姿态控制技术研究

针对遥控水下机器人(ROV:Remote Operated Vehicle)在水下作业时,传统滑膜控制(SMC:Sliding Mode Control)方法存在抖振、稳定性差等问题,提出一种新型协同控制律,并设计出一种基于推力矢量分配的ROV姿态控制器。首先,建立ROV运动学和动力学模型,并解耦动力学模型;然后,提出了一种新型协同控制律,通过构造适当的宏变量使其呈指数收敛,从而为ROV姿态控制系统提供连续的控制律,达到消除ROV姿态控制系统抖振的目的;最后,采用新型协同控制律设计出基于推力矢量分配的ROV姿态控制器。通过Matlab/Simulink进行仿真,结果表明,所提出的新型协同控制律可提高ROV姿态控制系统的控制精度与稳定性。该控制策略为ROV姿态控制提供了一种新的可行方案。

基于多策略改进蜣螂算法的推力分配应用设计

推力分配求解是复杂的非线性约束优化问题。传统推力分配算法在处理该类问题时存在精度低及易陷入局部极值点等问题,而群智能算法能够较容易解决这些问题,但需要解决稳定性和快速收敛性问题。针对上述问题,提出一种改进蜣螂推力分配算法(IDBO),该算法通过选取解系数为个体变量、种群初始化采取拉丁超立方和反向学习法、蜣螂跳舞行为位置及最优蜣螂位置更新策略设计,提高算法收敛速度和稳定性。仿真结果表明,该算法收敛性速度优于所对比群智能算法,推力分配精度和能耗也明显优于所有对比算法。

抗滑挡墙加固小型滑坡墙背推力研究

以西南山区某小型村寨滑坡为对象,采用数值模拟方法,研究抗滑挡墙墙背滑坡推力的分布形式,并引入正交试验,采用极差分析法探讨多物理参数对滑坡推力的影响。结果表明:抗滑挡墙墙背滑坡推力的分布曲线为“鼓肚形”,在靠近坡面一定范围内滑坡推力趋于零;滑带黏聚力、内摩擦角的折减系数及抗滑挡墙埋深对滑坡推力的影响较大;抗滑挡墙埋深对作用点高度的影响较大;滑坡推力作用点介于挡墙底部向上垂直高度20%~29%的位置,与刚体极限平衡法中的假设存在偏差。

考虑参数空间差异的复合式滑坡推力计算分析

由于复合式滑坡不同滑区同一岩土计算参数数值存在差异性,导致滑坡推力大小判别难度加大。根据复合式滑坡破坏模式,概化构建滑坡地质模型,在此基础上建立滑坡物理力学模型,并对各区参数进行理论分析。根据滑坡失稳特征以及前人对复合式滑坡演化阶段划分的研究,将滑坡演化过程划分为前后裂隙开裂、前后滑带局部软化、前后滑带扩展、中部滑带软化、边坡整体失稳5个阶段,基于传递系数法和静力平衡条件构建不同演化阶段下的滑坡推力计算式。以汉巴南铁路某复合式滑坡为例,揭示了滑坡推力随水平距离增加的变化规律,并将计算结果与不考虑不同滑区同一岩土计算参数数值差异得出的计算结果进行对比分析。研究结果表明:1)在计算复合式滑坡推力时,考虑不同滑区同一岩土计算参数数值差异性的影响,其计算结果更加准确,规避因单一取值而导致计算推力不合理等问题。2)根据复合式滑坡不同演化阶段下的推力变化规律,在滑坡初期应以推移区和牵引区加固为主,当中部锁固区开始滑动,应以中部锁固区加固为主,同时也要加强推移区和牵引区的加固。3)在识别复合式滑坡演化阶段的基础上,根据此阶段构建的滑坡推力计算式得出推力空间变化规律,从而可提出较为合理的防治措施。

基于多策略改进鲸鱼算法的船舶推力分配方法

船舶动力定位推力分配求解是一种复杂的多约束多目标优化问题,鲸鱼优化算法(WOA)处理该类问题较传统推力分配算法计算更简便、精度更高,但以牺牲时间为代价,需解决实时可靠收敛问题。针对上述问题,提出一种改进鲸鱼推力分配算法,通过采用等式约束项的特解系数为个体变量,降低搜索空间维度和范围,为算法获取可靠解和快速收敛奠定基础;通过空间区块化和“精英”筛选法初始化种群,增加初始种群分散性和“精英”个体数量,提高寻优效率和收敛稳定性;引入动态种群边界获取合理的搜索空间,提高算法收敛速度;最后运用类梯度法进行种群更新,模拟区域遍历搜寻,以较少迭代次数获取可靠解。以CybershipⅢ船模为对象进行仿真验证,结果表明该算法可行,具有较好的实时性和稳定收敛性,提高了推力分配性能。

超声速巡航导弹气动力与推力参数一体化在线辨识

为准确预示超声速巡航导弹飞行中的气动力和推力特性,提升飞行性能及任务适应性,提出了一种气动力与推力参数一体化在线辨识方法。建立了以固体火箭冲压发动机为动力的超声速巡航导弹在纵平面的运动模型,建立了巡航段气动力系数和推力系数多项式模型,采用无迹卡尔曼滤波算法,开展了气动力与推力参数一体化在线辨识仿真验证,基于飞行试验对辨识性能进行了比较验证。研究表明,对超声速巡航导弹进行气动力与推力参数一体化辨识是必要的和有效的,提出的方法可应用于飞行过程中参数在线辨识。