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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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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

来流变化导致飞行器气动力/热不确定度量化分析

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空气动力学学报 2024年

作者：陈海鹏鞠胜军汪小卫郭迪龙杨国伟中国运载火箭技术研究院中国科学院力学研究所

为评估及量化来流条件变化导致高速飞行器气动力/热特性的不确定性程度，选择具有飞机前机身与座舱罩组合部件基本特征的双椭球模型为研究模型，采用数值模拟方法，获得了其流动结构和壁面热流、压力分布等特征，并通过与实验数据进行... 详细信息

为评估及量化来流条件变化导致高速飞行器气动力/热特性的不确定性程度，选择具有飞机前机身与座舱罩组合部件基本特征的双椭球模型为研究模型，采用数值模拟方法，获得了其流动结构和壁面热流、压力分布等特征，并通过与实验数据进行对比，验证了预测方法的可靠性。在此基础上，选取来流速度、来流温度、来流密度和壁面温度这4个来流参数作为不确定性变量，采用拉丁超立方试验设计与非嵌入式多项式混沌相结合的不确定度量化方法，开展了气动力/热不确定度量化分析和敏感性分析。结果表明，来流条件的不确定性对模型的升力、阻力及驻点热流的值均有较大影响，其中来流速度和来流温度的变化对壁面压强分布影响较大，来流速度、来流密度和壁面温度的变化对壁面热流的预测有着重要影响。

关键词：数值模拟气动力热预测不确定性量化多项式混沌敏感性分析

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火箭着陆段能量管理与轨迹优化技术研究

航空学报 2024年

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中国运载火箭技术研究院

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。文章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... 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。文章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；然后通过推力角与轨迹倾斜角度约束的动态调整，并引入偏差松弛项，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，具有约束数量与精度指标上的优势，在组合偏差条件下能够满足准确的终端位置、速度与终端质量约束，终端姿态角偏差小于1.5°，同时在线规划平均耗时小于1 s，具有较好的工程应用前景，可为我国新一代可重复使用载人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

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高马赫数气动热环境数据融合方法与展望

空天技术 2024年第3期2024卷 33-41页

作者：王润刘晋张青青尹琰鑫屈强北京宇航系统工程研究所中国运载火箭技术研究院

介绍了目前高马赫数飞行器气动热研究面临的问题以及研究方法，分析了工程计算、数值模拟和风洞试验等常用评估手段的优劣，并以当前方法的局限性为切入点，引出了机器学习和数据融合方法在气动热领域的应用。汇总了当前气动热领域的数... 详细信息

介绍了目前高马赫数飞行器气动热研究面临的问题以及研究方法，分析了工程计算、数值模拟和风洞试验等常用评估手段的优劣，并以当前方法的局限性为切入点，引出了机器学习和数据融合方法在气动热领域的应用。汇总了当前气动热领域的数据融合研究成果，将应用方向大致分为湍流模型优化、气动热快速评估、不确定度辨识和天地相关性研究三类。虽然目前气动热领域的数据融合仍处于探索阶段，但是鉴于气动热设计过程中产生了大量的多源数据，为数据融合的发展提供了广阔的应用空间。将气动热环境设计与数据融合方法相结合，既有助于提升数据库计算效率，也可以归纳并发掘新的机理，推进气动专业领域发展。

关键词：高马赫数气动热机器学习数据融合飞行器

基于鲁棒观测器的深度强化学习垂直起降运载器姿态稳定研究

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系统工程与电子技术 2024年第3期46卷 1038-1047页

作者：李彦铃罗飞舟葛致磊西北工业大学航天学院陕西西安710072 中国运载火箭技术研究院北京100076

针对考虑弹性振动、模型不确定干扰下的垂直起降运载器姿态稳定问题,将鲁棒观测器和深度强化学习中的近端策略优化算法相结合,研究了一种基于鲁棒观测器的近端策略优化(robust observer-based proximal policy optimization,ROB-PPO)方... 详细信息

针对考虑弹性振动、模型不确定干扰下的垂直起降运载器姿态稳定问题,将鲁棒观测器和深度强化学习中的近端策略优化算法相结合,研究了一种基于鲁棒观测器的近端策略优化(robust observer-based proximal policy optimization,ROB-PPO)方法。该方法设计鲁棒观测器重构受弹性振动干扰的运载器姿态信息,将鲁棒观测器与运载器动力学模型组成环境,将鲁棒观测器得到的重构姿态作为深度强化学习算法的状态,使得深度强化学习智能体与之不断交互,从而训练智能体控制运载器姿态稳定。仿真结果表明,所研究的ROB-PPO算法相较于目前常用的自适应模糊比例-积分-微分(proportional-integral-derivative,PID)算法鲁棒性更强,收敛速度更快。最后,在自主研制的垂直起降运载器上验证了所提出算法有效性。

关键词：垂直起降运载器姿态控制鲁棒观测器深度强化学习

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伸缩式变形飞行器禁飞区规避制导方法

战术导弹技术 2024年第4期 64-71,102页

作者：郑金库姚庆睿黄鼎黄建友王辰琳中国运载火箭技术研究院北京100076

针对伸缩式变形飞行器制导问题,提出了一种考虑禁飞区规避的变形飞行器制导方法。以一种采用伸缩式机翼的飞行器为研究对象,将展长变形量作为制导指令,分析倾侧角、展长变形量和航程、高度之间的关系。基于参数化轨迹在线预测剩余航程,... 详细信息

针对伸缩式变形飞行器制导问题,提出了一种考虑禁飞区规避的变形飞行器制导方法。以一种采用伸缩式机翼的飞行器为研究对象,将展长变形量作为制导指令,分析倾侧角、展长变形量和航程、高度之间的关系。基于参数化轨迹在线预测剩余航程,通过数值方法校正高度参数以满足终端约束,利用航向角走廊确定倾侧角符号。在线探明禁飞区时,设计变形策略以大升力外形横向机动规避禁飞区。仿真结果表明,该变形制导方法以单一高度参数校正纵向剖面,制导精度高,终端约束能力强,同时设计横向制导逻辑,充分利用大升力外形机动能力横向机动规避禁飞区,实现了变外形飞行器多约束绕飞。

关键词：伸缩式变形飞行器禁飞区规避参数化轨迹航向角走廊预测校正横向机动变形策略

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复合材料气密包装箱设计及试验验证

包装工程 2024年第3期45卷 292-298页

作者：雷雪媛余家泉赵鹏飞丛彦超张家骏中国运载火箭技术研究院北京100076

目的为适应产品集装化大批量输送、环境适应性强、快速保障的需要,研究轻质高强复合材料气密包装箱设计方案。方法首先进行包装箱设计需求分析,明晰包装箱设计要点。其次,分别从性能、结构、工艺三方面开展设计。基于复合材料设计特点... 详细信息

目的为适应产品集装化大批量输送、环境适应性强、快速保障的需要,研究轻质高强复合材料气密包装箱设计方案。方法首先进行包装箱设计需求分析,明晰包装箱设计要点。其次,分别从性能、结构、工艺三方面开展设计。基于复合材料设计特点,采用系统最优的设计思路进行增强材料、基体材料和芯材料的设计及选型,提出箱体设计方法。针对内装物长期存储问题,提出气密包装箱关键密封结构设计方法。基于低导热系数聚氨酯保温材料,进行包装箱保温结构设计,满足包装箱在恶劣自然环境下的保温要求。结合包装箱低成本设计要求,提出包装箱真空导流工艺技术路线。结果包装箱承压能力可以达到20 kPa以上,可适应高温55℃、低温-50℃的使用环境,充气后72 h压降不大于10%,同时可以满足堆码、吊装及叉装工作要求。结论该复合材料包装箱可以适应产品快速、高效保障的需求,有广阔的市场前景和推广价值。

关键词：复合材料包装箱气密性

基于MIMO-ESO的高速飞行器自抗扰控制

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导弹与航天运载技术（中英文） 2024年第1期 64-70页

作者：樊轶秦昌茂董添王兴中国运载火箭技术研究院北京100076

针对高速飞行器无动力再入过程中具有强耦合、气动参数摄动及不确定性的非线性姿态模型,设计了高速飞行器MIMO-ESO自抗扰姿态控制器。考虑各通道间的耦合影响,结合自抗扰控制中的扩张状态观测器及非线性状态误差反馈律,将不确定性、耦... 详细信息

针对高速飞行器无动力再入过程中具有强耦合、气动参数摄动及不确定性的非线性姿态模型,设计了高速飞行器MIMO-ESO自抗扰姿态控制器。考虑各通道间的耦合影响,结合自抗扰控制中的扩张状态观测器及非线性状态误差反馈律,将不确定性、耦合及参数摄动等干扰作为“总和干扰”,利用扩张状态观测器进行估计并动态反馈补偿,再利用非线性状态误差反馈律抑制补偿残差。仿真结果表明,MIMO-ESO自抗扰控制器能够克服干扰及气动参数大范围摄动的影响,在获取良好的动态品质和跟踪性能的同时,具有较强的鲁棒性,克服了实际工程中难以建立精确被控模型并获取参数摄动范围的困难,具有工程应用价值。

关键词：高速飞行器总和干扰扩张状态观测器非线性状态误差反馈律自抗扰控制器