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多喷管火箭起飞噪声环境预示方法

清华大学学报（自然科学版） 2024年第8期64卷 1357-1366页

作者：王浩轩容易曾耀祥北京宇航系统工程研究所北京100076 中国运载火箭技术研究院北京100076

为提高多喷管火箭起飞噪声环境预示能力,该文基于Kudryavtsev方法提出了3点修正:利用分布源方法(distributed source method, DSM)修正自由喷流段声源指向性,并重新分配噪声源功率;通过噪声遮蔽模型估计发射台和勤务塔的噪声衰减;采用... 详细信息

为提高多喷管火箭起飞噪声环境预示能力,该文基于Kudryavtsev方法提出了3点修正:利用分布源方法(distributed source method, DSM)修正自由喷流段声源指向性,并重新分配噪声源功率;通过噪声遮蔽模型估计发射台和勤务塔的噪声衰减;采用芯级多喷流等效为单喷流计算和助推单喷流独立计算的方法预示多喷流噪声。利用修正方法预示了某火箭起飞不同时刻勤务塔附近噪声环境。对比修正方法和Kudryavtsev方法发现,修正方法在火箭起飞2 s内最大预示误差小于5.0 dB,预示精度相较Kudryavtsev方法提高约10.0 dB;修正方法能更准确预示声压级峰值时刻,且峰值时刻附近声压级误差小于3.0 dB;修正方法的1/3倍频程声压级谱全频段预示误差小于6.0 dB,关键频段预示误差小于3.0 dB。修正方法预示精度更高,具有重要工程应用价值。

关键词：起飞噪声环境指向性噪声遮蔽多喷管火箭导流槽

30%HNO_(3)对2195铝锂合金预腐蚀疲劳特性研究

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北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1129-1137页

作者：刘德俊田干李玉龙张炜张有宏火箭军工程大学导弹工程学院西安710025 中国运载火箭技术研究院北京100076

模拟液体导弹贮箱材料和使用特点,进行2195-T8铝锂合金在30%硝酸溶液中预腐蚀不同时间后的疲劳试验,利用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射仪(EBSD)及透射电子显微镜(TEM)等显微表征方法,研究了预腐蚀对疲劳性能的影响。结果表明:预... 详细信息

模拟液体导弹贮箱材料和使用特点,进行2195-T8铝锂合金在30%硝酸溶液中预腐蚀不同时间后的疲劳试验,利用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射仪(EBSD)及透射电子显微镜(TEM)等显微表征方法,研究了预腐蚀对疲劳性能的影响。结果表明:预腐蚀表面形貌以晶间腐蚀和点蚀为主,在轧制方向上形成条带状腐蚀链,其产生与长条形晶界和金属间粒子连续腐蚀作用相关;经预腐蚀后,铝锂合金试样在210,280,330 MPa中等应力幅下的预腐蚀疲劳寿命较无腐蚀试样有所增加,16 h腐蚀试样寿命提高最为明显,其原因是腐蚀通过将合金表面微裂纹、孔洞等缺陷消除、增加表面粗糙度等方式,降低了应力集中程度,进而延缓了疲劳裂纹萌生。

关键词：铝锂合金推进剂贮箱预腐蚀疲劳特性裂纹萌生

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高铝含量推进剂水冲压发动机内流场计算

武汉大学学报（工学版） 2024年第7期57卷 964-970页

作者：常浩朱欣雨柳文杰李月洁王俊龙卢鑫中国运载火箭技术研究院北京100076

采用热力计算与数值仿真计算相结合的方法,对高铝含量推进剂水冲压发动机内流场进行了计算,并对温度、比冲等参数进行了对比分析。分析结果表明,数值仿真结果与热力计算结果能够较好地吻合,通过热力计算可以对发动机和推进剂的能量特性... 详细信息

采用热力计算与数值仿真计算相结合的方法,对高铝含量推进剂水冲压发动机内流场进行了计算,并对温度、比冲等参数进行了对比分析。分析结果表明,数值仿真结果与热力计算结果能够较好地吻合,通过热力计算可以对发动机和推进剂的能量特性进行优化,数值仿真计算能够准确地反映铝基金属燃料水冲压发动机内流场的分布规律,对高铝含量推进剂水冲压发动机的设计具有指导意义。

关键词：高铝含量水冲压发动机内流场热力计算仿真计算

面向动态特性指标的机电伺服系统PID设计方法

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振动工程学报 2024年第10期37卷 1767-1774页

作者：陈国荣南宫自军刘博中国运载火箭技术研究院北京100076

针对机电伺服系统PID参数设计难以充分考虑动态特性(幅-相频特性)指标的问题,提出了面向动态特性指标的PID设计方法。基于动力学方程建立了机电伺服系统的9阶传递函数(Transfer Function,TF)模型。运用劳斯判据和TF系数之间的关系补充... 详细信息

针对机电伺服系统PID参数设计难以充分考虑动态特性(幅-相频特性)指标的问题,提出了面向动态特性指标的PID设计方法。基于动力学方程建立了机电伺服系统的9阶传递函数(Transfer Function,TF)模型。运用劳斯判据和TF系数之间的关系补充了系统的稳定性约束和TF系数的相容性约束,以保证PID设计过程中系统的稳定性和TF系数的相容性。在此基础上,基于参数辨识的思想,利用改进的有理分式多项式法辨识TF模型中各个参数,从而快速确定了满足动态特性指标的PID参数,提高了设计效率,并且通过调整指标数据辨识得到多组满足原指标的控制器参数。仿真结果表明:设计得到的PID参数不仅满足动态特性指标要求,而且兼顾了系统稳定性和TF系数的相容性,设计结果与仿真吻合良好。

关键词： PID控制参数辨识动态特性指标机电伺服系统

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自适应广义酉变换近似消息传递算法

清华大学学报（自然科学版） 2024年第4期64卷 700-711页

作者：雷旭鹏杨健徐孟怀朱江龚旻浙江大学海洋学院舟山316021 中国运载火箭技术研究院北京100076

信号/参数经过线性变换,再经过逐位非线性变换得到测量值的过程可以抽象为广义线性模型。广义近似消息传递算法是处理广义线性模型的一种Bayes方法,通过引入信号的稀疏先验分布,利用似然函数和先验分布得到后验均值和后验方差。然而,当... 详细信息

信号/参数经过线性变换,再经过逐位非线性变换得到测量值的过程可以抽象为广义线性模型。广义近似消息传递算法是处理广义线性模型的一种Bayes方法,通过引入信号的稀疏先验分布,利用似然函数和先验分布得到后验均值和后验方差。然而,当测量矩阵的元素不服从次Gauss分布时,广义近似消息传递算法性能会急剧恶化。通过奇异值分解,广义酉变换近似消息传递算法消除了测量矩阵的相关性,在包括相关测量矩阵的各类测量矩阵中表现出更强的鲁棒性。然而,经过足够多次迭代后,广义酉变换近似消息传递算法的信号重构误差在平衡点附近振荡;且随着测量矩阵相关性的增加,广义酉变换近似消息传递算法性能开始恶化。为了进一步提高广义酉变换近似消息传递算法的稳健性、改善算法准确性,该文提出自适应广义酉变换近似消息传递算法。该算法通过构造目标函数并自适应选择合适的步长,使得广义酉变换近似消息传递算法能够收敛到平衡点,从而获得更好的性能。大量的数值仿真实验结果验证了自适应广义酉变换近似消息传递算法的有效性。

关键词：广义线性模型压缩感知酉变换近似消息传递自适应算法

含缺陷2195-T8铝锂合金疲劳断裂与仿真分析

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国防科技大学学报 2024年第5期46卷 168-178页

作者：刘德俊田干李玉龙金国锋张炜火箭军工程大学导弹工程学院陕西西安710025 中国运载火箭技术研究院北京100076

针对轻质铝锂合金服役环境下的疲劳断裂问题,将第三代铝锂合金2195-T8作为研究对象,通过恒幅拉-拉疲劳试验和等效裂纹模型方法对含缺陷2195-T8铝锂合金疲劳裂纹扩展行为进行试验与数值仿真分析。研究结果表明:疲劳裂纹萌生于缺陷底部,... 详细信息

针对轻质铝锂合金服役环境下的疲劳断裂问题,将第三代铝锂合金2195-T8作为研究对象,通过恒幅拉-拉疲劳试验和等效裂纹模型方法对含缺陷2195-T8铝锂合金疲劳裂纹扩展行为进行试验与数值仿真分析。研究结果表明:疲劳裂纹萌生于缺陷底部,裂纹扩展速率在表面长度方向最快,而在深度方向扩展最慢;2195-T8铝锂合金疲劳断口具有典型的分层现象,且合金的分层极大地阻碍裂纹尖端深度方向扩展,导致裂纹分叉;裂纹分叉后扩展速率急剧升高,尖端塑性区域体积迅速增加,使合金进入快速断裂区。以上结果综合说明,含缺陷2195-T8铝锂合金疲劳寿命受裂纹扩展倾向性、分层影响而减少。

关键词：疲劳断裂铝锂合金裂纹扩展有限元

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火箭着陆段能量管理与轨迹优化技术

航空学报 2024年第15期45卷 232-244页

作者：刁尹张智彭越李杨张博戎张志国北京宇航系统工程研究所北京100076 中国运载火箭技术研究院北京100076

垂直回收火箭返回着陆段发动机推力与气动力高度耦合,火箭着陆可行性与安全性不仅取决于轨迹终端位置、速度和姿态偏差,还取决于初始姿态偏差与着陆能量的控制能力。针对带有发动机起动段与喷流影响下气动力变化的复杂动态模型轨迹规划... 详细信息

垂直回收火箭返回着陆段发动机推力与气动力高度耦合,火箭着陆可行性与安全性不仅取决于轨迹终端位置、速度和姿态偏差,还取决于初始姿态偏差与着陆能量的控制能力。针对带有发动机起动段与喷流影响下气动力变化的复杂动态模型轨迹规划问题,通过在起动段采用多项式制导方法以及在推力节流调整段采用解析初值-序列凸优化方法进行分段轨迹在线规划;为消除分段求解模型差异带来的切换姿态角跳变,利用五次多项式形式推导得到含初始姿态角约束的解析初值参考剖面;然后通过对推力角与轨迹倾斜角度约束的动态调整,以及引入偏差松弛项,将终端质量约束添加到优化性能指标函数中,利用序列凸化迭代方法完成对具有终端位置、速度、姿态和指定质量约束的优化问题求解。结果表明:所提方法相较于传统多项式或凸优化方法,在约束数量与精度指标方面具有优势,在组合偏差条件下能够满足准确的终端位置、速度和终端质量约束,终端姿态角偏差运载火箭的相关研制工作提供一定的参考。

关键词：重复使用运载火箭垂直着陆能量管理解析初值序列凸优化

基于线性等效模型的堆叠式多星组合体模态分析

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力学学报 2024年第8期56卷 2364-2380页

作者：李元恒范瑞祥杨帆张宏剑吴会强北京宇航系统工程研究所北京100076 中国运载火箭技术研究院北京100076

堆叠式多星组合体是一种新型的一箭多星发射结构布局形式.多星组合体中的卫星采用平板构型,平板卫星上下相邻两层支脚相互接触,并由连接杆施加预紧力将其整体压紧.针对这种连接形式的多星组合体结构,文章提出了一种建立其线性等效力学... 详细信息

堆叠式多星组合体是一种新型的一箭多星发射结构布局形式.多星组合体中的卫星采用平板构型,平板卫星上下相邻两层支脚相互接触,并由连接杆施加预紧力将其整体压紧.针对这种连接形式的多星组合体结构,文章提出了一种建立其线性等效力学模型的方法,并开展了模态分析.根据组合体中子结构形式及其受力特点,分别将连接杆等效为受轴向预紧力作用的欧拉-伯努利梁模型,以及将中间卫星连接体等效为附加集中质量点的铁木辛柯梁模型,分别求取了二者在固定时刻随轴向坐标变化的振型函数.通过将连接杆和卫星连接体等效模型振型函数联立求取了组合梁整体的振型函数,并根据并联U型梁边界协调原理确定的约束条件,求取了组合梁振动的频率特征方程.通过将组合体有限元模型求解结果与理论模型求解结果进行对比,验证了理论模型的正确性.此外,探究了预紧力、连接杆材料、支脚材料和有效载荷质量对组合体振动特性的影响规律.提出的等效方法,可为堆叠式多星组合体结构设计以及刚度匹配要求提供相应的指导.

关键词：堆叠式多星组合体平板卫星线性模型模态分析组合梁

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发汗冷却技术在飞行器上的应用及展望

清华大学学报（自然科学版） 2024年第2期64卷 318-336页

作者：陈忠灿张凯李枫赵月武健辉贺棋楝陈民中国运载火箭技术研究院北京100076 清华大学航天航空学院北京100084

随着高焓、长时间热环境下飞行器热防护技术需求提升,新型空天飞行器亟待发展更高效的热防护技术。发汗冷却技术具有防热效率高、不改变结构雏形等优点,应用前景广阔。该文探讨了发汗冷却技术应用于飞行器热防护的优势和挑战,从性能评... 详细信息

随着高焓、长时间热环境下飞行器热防护技术需求提升,新型空天飞行器亟待发展更高效的热防护技术。发汗冷却技术具有防热效率高、不改变结构雏形等优点,应用前景广阔。该文探讨了发汗冷却技术应用于飞行器热防护的优势和挑战,从性能评估快速计算、流动传热数值仿真、冷却机理与性能考核实验、效能最优控制算法和应用结构型式优化等方面进行了综述,总结了发汗冷却技术的研究现状和最新进展,分析了当前研究存在的问题,并给出了建议。系统复杂、冷却剂输运不均、工作过程不易稳定控制和建立高精度预测模型难度大是发汗冷却技术用于飞行器热防护时存在的难点。现有研究存在预测模型适用范围有限与准确度较低、实验测量手段单一、控制策略难以实现系统最优和新型结构方法缺乏工程细化方案等不足。微/介观尺度精细化数值计算模型、先进可视化实验测试手段、快速响应精确控制策略、自驱动与自适应结构工程化方案和主被动组合式热防护是后续研究的重点方向。

关键词：发汗冷却技术主动热防护飞行器多孔介质