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Stargazer空天飞行器电磁助推分离安全性分析

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航空学报 2024年

作者：罗星东侯自豪吴可鸣申振张珅榕中国航天科工飞航技术研究院磁电总体部

组合动力空天飞行器是未来天地输运系统的重要发展方向。借助电磁助推起飞是解决空天飞行难题的新兴技术途径。针对电磁近地助推分离存在的风险，以腹式进气两级入轨飞行器Stargazer为研究对象，采用经近地多体干扰风洞实验校验的数值... 详细信息

组合动力空天飞行器是未来天地输运系统的重要发展方向。借助电磁助推起飞是解决空天飞行难题的新兴技术途径。针对电磁近地助推分离存在的风险，以腹式进气两级入轨飞行器Stargazer为研究对象，采用经近地多体干扰风洞实验校验的数值方法，研究了其在Ma1.6自由空间内的基础特性和分离流场结构，并探究了离地高度和电磁制动加速度对分离安全性的影响规律。结果表明，腹式进气飞行器近地分离流动的独特性体现在壅塞阶段，期间进气道在叠加近地激波反射和电磁助推级激波干扰后壅塞加剧，存在分离泡和激波的生成、消退，导致飞行器迅速抬头；在多体干扰和独立地面效应阶段，受助推级头部激波低头冲击和轨道面反射激波影响，飞行器转而持续低头。因此，整个分离过程存在严重风险。改变离地高度会直接改变地面反射激波对飞行器下表面的作用位置，进而影响分离安全性：增加离地高度至0.3倍飞行器全长，激波结构能够减弱前期抬头速度和后期低头速度，导致分离结束后，垂向间距12.4 m，俯仰角-5.3，最大垂向过载7.6 g，满足安全性条件。制动加速度主要通过改变助推级干扰阶段和独立地效阶段的时长以影响分离过程，选取150～200 m/s2进行制动有效平衡了两阶段的干扰利弊，使分离轨迹满足预期目标。

关键词：电磁助推空天飞行器超声速地面效应分离进气道离地高度制动加速度

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具有角度和时间约束的固定时间协同制导律

宇航学报 2024年第3期45卷 462-468页

作者：李鹤宇王建斌张锐宋峰姚雨晗楼朝飞北京电子工程总体研究所北京100854 中国航天科工集团第二研究院研究生院北京100854

针对多飞行器协同打击机动目标问题,提出一种具有终端角度约束和时间一致性约束的固定时间收敛协同中制导方法。建立二维场景下飞行器-目标视线(LOS)坐标系,将加速度分解为沿视线方向和与视线垂直方向。首先,基于代数图论和分布式合作... 详细信息

针对多飞行器协同打击机动目标问题,提出一种具有终端角度约束和时间一致性约束的固定时间收敛协同中制导方法。建立二维场景下飞行器-目标视线(LOS)坐标系,将加速度分解为沿视线方向和与视线垂直方向。首先,基于代数图论和分布式合作协议算法,对飞行器的沿视线方向加速度进行设计,以保证多个飞行器的剩余飞行时间在固定时间内收敛至一致。其次,基于滑模控制理论和固定时间到达算法,构建飞行器视线法线方向加速度计算方法,使得视线角在固定时间内收敛到期望值。此外,针对目标加速度未知的问题,采用固定时间观测器进行估计,并在制导指令中进行补偿。仿真结果表明所提出的协同制导方法能够在固定时间内实现剩余飞行时间和视线角度的收敛。

关键词：飞行器协同制导时间一致性滑模控制固定时间收敛

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界面三维扩散通道与富锂锰基的协同效应研究

电源技术 2024年第5期48卷 862-868页

作者：杨书棋中国航天科工第十总体设计部贵州贵阳550000

富锂锰基正极材料具有诸多优点,但是其低锂离子电导率和高扩散势垒严重影响其倍率性能。提出了快离子导体磷酸钛铝锂表面包覆改性策略,分析了富锂锰基正极材料与磷酸钛铝锂包覆层的协同效应。结果表明:在700℃煅烧5 h,包覆量为3%(质量分... 详细信息

富锂锰基正极材料具有诸多优点,但是其低锂离子电导率和高扩散势垒严重影响其倍率性能。提出了快离子导体磷酸钛铝锂表面包覆改性策略,分析了富锂锰基正极材料与磷酸钛铝锂包覆层的协同效应。结果表明:在700℃煅烧5 h,包覆量为3%(质量分数)Li_(1.3)Ti_(1.7)Al_(0.3)(PO_(4))_(3)的Li-[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_(2)具有最佳的性能,在100次循环后,放电比容量为226.5 mAh/g,保持率为89.7%。其优异的电化学性能可归因于包覆层提供三维锂离子扩散通道,减小了电极-电解液界面迁移阻抗。

关键词：三维扩散通道富锂锰基正极材料磷酸钛铝锂表面包覆

基于红外辐射测温法的焊头动态高速真温测量系统研制

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光谱学与光谱分析 2024年第3期44卷 836-842页

作者：萧鹏台泓冰向茂林王伟宸张帆哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150001 中国航天科工集团第四研究院北京100038 中国空空导弹研究院控制所河南洛阳471009

温度是用来表征物体特性的一个重要的基本参数,被广泛应用于金属加工、生产生活、航空航天等各个领域,温度测量的准确与否对每个行业都有着至关重要的影响。随着电子设备的尺寸不断微型化以及各种可穿戴智能设备的普及和发展,小型化成... 详细信息

温度是用来表征物体特性的一个重要的基本参数,被广泛应用于金属加工、生产生活、航空航天等各个领域,温度测量的准确与否对每个行业都有着至关重要的影响。随着电子设备的尺寸不断微型化以及各种可穿戴智能设备的普及和发展,小型化成为了电子元件技术水平的一个重要技术指标,所以电子元器件也一直朝着小尺寸、高集成化方向发展,而其焊接温度的波动引起的产品良品率也在不断降低。因此,如何实现电子元器件焊接过程中焊头温度的实时获取,已成为众多相关企业急需研究的课题。基于晶体管式焊接电源的工作特点,从分析焊头的结构特性入手,利用焊头的红外光谱辐射特性,设计了一种激光瞄准式的光学系统,采用朗伯体法对焊头进行温度测量,从而得到焊头工作时的实时真温。整个温度测量系统由硬件系统部分和软件系统部分构成。其中,硬件系统包括光学系统的设计、 I/V转换及放大电路和上位机的高速数据采集系统。软件系统主要包括上位机系统界面的设计。上位机软件采用LabVIEW进行程序设计,主要包括AD采集卡的配置与驱动、数据滤波、零点测量、温度标定、温度计算、实时温度曲线和数据存储。在系统建立、软件调试完毕后,采用标准空腔黑体炉对测温系统进行了校准。首先,利用整体黑体法对焊头工作时的发射率进行了试验,结果表明,在氧化和非氧化状态下,其发射率与文献数据基本一致。然后利用该发射率值,计算出了焊头上小孔的空腔黑体发射率。最后,利用恒流晶体管式焊接电源进行了系统稳定性和重复性实验。分析该方法的不确定度,得出该方法的总体不确定度在3%以内。通过对测温系统的标定和配置,该系统还可以应用在其他需要高速精确测温的场景。

关键词：焊头温度黑体法测温快速测量红外光谱发射率

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为推进科技自立自强贡献国企力量

前线 2024年第1期 78-80页

作者：中国航天科工集团第四研究院第四总体设计部党委中国航天科工集团第四研究院第四总体设计部党委

推进高水平科技自立自强,建设世界科技强国,是党的二十大作出的重大战略部署,是中国高精尖科技企业的政治任务和使命担当。必须牢牢把握推进高水平科技自立自强的时代要求,发挥国有高科技企业组织雄厚战略科技力量,推进关键核心技术攻... 详细信息

推进高水平科技自立自强,建设世界科技强国,是党的二十大作出的重大战略部署,是中国高精尖科技企业的政治任务和使命担当。必须牢牢把握推进高水平科技自立自强的时代要求,发挥国有高科技企业组织雄厚战略科技力量,推进关键核心技术攻关、盘活科技创新性资源、发挥铸造国之重器作用,为推进中国式现代化、实现中华民族伟大复兴作出更大贡献。

关键词：科技强国自立自强航天科工国有企业

电磁发射Ma1.6近地多体分离气动干扰特性

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航空学报 2024年

作者：李少伟宁昕罗星东侯自豪薄靖龙西北工业大学航天学院中国航天科工飞航技术研究院磁电总体部

利用电磁助推将空天飞行器在地面加速至超声速发射，能够规避低速起飞阶段，对宽速域飞行提供了一种颇具潜力的解决方案。针对近地电磁发射中飞行器与电磁橇自由分离的场景，对超声速Ma1.6近地多体分离过程进行了数值模拟。结果表明，... 详细信息

利用电磁助推将空天飞行器在地面加速至超声速发射，能够规避低速起飞阶段，对宽速域飞行提供了一种颇具潜力的解决方案。针对近地电磁发射中飞行器与电磁橇自由分离的场景，对超声速Ma1.6近地多体分离过程进行了数值模拟。结果表明，超声速近地分离过程可分为三阶段，依次是窄间隙壅塞流阶段、多体联动干扰阶段和独立地面效应干扰阶段。第一阶段以飞行器-电磁橇窄间隙内激波多重反射现象和局部壅塞效应为特征，第二阶段以飞行器与电磁橇快速联动下的干扰为特征，由双向干扰演变为飞行器对电磁橇单向干扰，在第三阶段飞行器与电磁橇均受独立的地面效应干扰。飞行器和电磁橇的气动载荷变化与分离流场所处阶段具有相关性。电磁橇前缘高压区由飞行器腹部掠过尾部导致飞行器气动阻力和升力陡然降低，力矩由低头力矩向抬头力矩转变剧烈。飞行器尾流膨胀区和尾激波相继扫掠电磁橇，导致其升力系数先增加至正升力后降低至负升力。整体上，飞行器飞离电磁橇的姿态较为平稳，两者在垂向和纵向上的间距持续增加。

关键词：电磁发射空天飞行器超声速地面效应近地分离多体干扰

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助推段拦截导弹制导律的设计与仿真分析

系统仿真学报 2024年

作者：张旭曾鹏李旭郑学合薛建恒王超北京电子工程总体研究所中国航天科工防御技术研究院

助推段拦截时间窗口极短，要求导弹须具备高速、高加速能力，同时由于目标弹道导弹在助推阶段仍在加速，要求拦截导弹的制导方案需具备应对目标机动的能力。通过分析助推段拦截导弹的特性，建立弹道仿真模型，并依据拦截导弹飞行全过程... 详细信息

助推段拦截时间窗口极短，要求导弹须具备高速、高加速能力，同时由于目标弹道导弹在助推阶段仍在加速，要求拦截导弹的制导方案需具备应对目标机动的能力。通过分析助推段拦截导弹的特性，建立弹道仿真模型，并依据拦截导弹飞行全过程要求的制导机制性能，详细设计助推段拦截导弹在初制导、中制导以及末制导阶段下的制导律，研究不同制导方案对导弹拦截性能的影响，并分析了不同导弹最大速度的拦截效果。结果表明，助推段拦截导弹的中制导采用预测命中点导引律能够降低视线角速率，使得弹道更为平直，末制导采用修正比例导引律可以降低需用过载，提高拦截性能；同时能量越高的导弹，其速度特性、飞行性能越高，同时所需拦截时间越短，进而拦截效果越好。

关键词：弹道导弹防御助推段拦截制导律设计拦截性能弹道仿真

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高速飞行器刹车系统关键技术分析

空天技术 2024年第1期2024卷 17-22页

作者：李佳康朱坤房务官北京空天技术研究所中国航天科工集团飞航技术研究院

高速飞行器因为其宽速域、快时变、不确定等复杂特征，相对传统飞机，气动外形独特，展弦比更小，在水平起降阶段的速度更大。因此，对起降系统尤其是刹车系统提出了更严苛的要求。针对高速飞行器刹车系统的特点，梳理了飞行器刹车系统... 详细信息

高速飞行器因为其宽速域、快时变、不确定等复杂特征，相对传统飞机，气动外形独特，展弦比更小，在水平起降阶段的速度更大。因此，对起降系统尤其是刹车系统提出了更严苛的要求。针对高速飞行器刹车系统的特点，梳理了飞行器刹车系统的发展历程，详细剖析了刹车系统的重要分系统：刹车盘材料、作动方式、控制方法等的技术发展脉络，并基于高速飞行器的飞行特点、刹车系统的功能特性，总结了四项高速飞行器刹车系统关键技术：高速刹车摩擦材料技术、高温高功率作动技术、恶劣环境下的传感器技术、智能复合控制技术，并对关键技术的发展进行了展望。

关键词：高速飞行器水平起降全电刹车碳陶材料智能控制

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高超声速离散微孔气膜降热减阻数值模拟研究

北京航空航天大学学报 2024年

作者：毛俊杰屈国欣高振勋北京航空航天大学航空科学与工程学院中国航天科工集团第四研究院

针对高超声速流动中离散微孔气膜降热减阻特性，通过数值模拟方法分析了离散微孔吹气的降热减阻流动机理，开展了吹气分数及吹气工质影响规律的研究，构建了基于壁面质量引射边界条件的近似模拟方法。结果表明，微孔吹气可减小近壁区的... 详细信息

针对高超声速流动中离散微孔气膜降热减阻特性，通过数值模拟方法分析了离散微孔吹气的降热减阻流动机理，开展了吹气分数及吹气工质影响规律的研究，构建了基于壁面质量引射边界条件的近似模拟方法。结果表明，微孔吹气可减小近壁区的法向速度及温度梯度从而实现减阻降热，且减阻降热效果与吹气分数正相关，当吹气分数从0.234%增大到0.552%时，降热率和减阻率分别从28.4%和24.9%增大到了45.6%和45.1%。对空气、CO2及H2三种吹气工质的研究发现，由于H2的高比热和低粘性系数，H2引射的降热减阻效果要优于其他工质，以0.033%的吹气分数达到了52.5%的降热率和46.4%的减阻率。在基于壁面质量引射边界条件的近似模拟研究中发现，若按实际微孔吹气质量流量给定壁面吹气速度，与详细模拟结果相比将高估降热率，因此，本文引入壁面吹气系数对近似模拟方法进行修正并研究了该系数的取值规律，发现吹气分数、孔径对该系数取值影响较大，而来流马赫数和孔隙率影响很小，将所发展的近似模拟方法应用于高超声速尖锥离散微孔气膜实验算例，结果与实验数据符合良好。

关键词：高超声速流动控制降热减阻质量引射计算流体力学