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各向异性Kelvin泡沫胞元高径比对其流动传热特性的影响

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空气动力学学报 2024年第1期42卷 55-66,I0002页

作者：张超孔祥壮杜雁霞王娴肖光明西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室陕西省先进飞行器服役环境与控制重点实验室西安710049 空天飞行空气动力科学技术全国重点实验室绵阳621000

飞行器热管理系统中所用的高孔隙率泡沫材料具有质量轻、比表面积大等优点,孔隙尺度几何参数的优化设计对有效提升综合传热性能、降低结构质量至关重要。以各向异性Kelvin泡沫胞元为研究对象,采用混合热格子Boltzmann方法以及多GPU加速... 详细信息

飞行器热管理系统中所用的高孔隙率泡沫材料具有质量轻、比表面积大等优点,孔隙尺度几何参数的优化设计对有效提升综合传热性能、降低结构质量至关重要。以各向异性Kelvin泡沫胞元为研究对象,采用混合热格子Boltzmann方法以及多GPU加速技术,实现了同时考虑泡沫骨架导热和多胞元孔隙尺度强迫对流换热的共轭传热数值模拟。在上述基础上,分别选取了Re=10、100、1000计算条件,开展了不同胞元高径比(H/D=0.5、0.75、1.0、1.5、2.0)对其流动传热特性的影响规律研究。结果表明,在不同Re条件下,随着各向异性Kelvin泡沫H/D的减小,其泡沫内部的流动阻力及努塞尔数均增大,且随着Re的增大,对流换热的作用增强,H/D的影响也更为明显。此外,相比于流动阻力,结构传热性能受H/D的影响变化速率更大,由此造成综合传热因子(j/f^(1/3))与H/D成反比关系,即减小Kelvin胞元H/D可有效提高泡沫结构的综合传热性能。

关键词：各向异性 Kelvin泡沫流动阻力综合传热因子

固体火箭发动机内部燃烧产物辐射特性预示方法及分布规律

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固体火箭技术 2024年第1期47卷 60-69页

作者：郝雪帆李伟曹涛锋张虎西安交通大学航天航空学院陕西省先进飞行器服役环境与控制重点实验室复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室西安710049 西安航天动力技术研究所西安710025

介质辐射传热对含金属推进剂固体火箭发动机内部热环境影响显著。建立精确、高效的参与介质辐射特性预示方法是对发动机内部热环境进行精细数值预示的重要前提。针对发动机内的熔融氧化铝颗粒和多组分燃气,分别基于Mie理论和逐线计算法... 详细信息

介质辐射传热对含金属推进剂固体火箭发动机内部热环境影响显著。建立精确、高效的参与介质辐射特性预示方法是对发动机内部热环境进行精细数值预示的重要前提。针对发动机内的熔融氧化铝颗粒和多组分燃气,分别基于Mie理论和逐线计算法建立了其辐射特性精细计算方法,结合数据插值方法和普朗克平均吸收系数总体模型构建了固体火箭发动机燃烧产物辐射特性快速预示方法。计算得到了HIPPO喷管内部燃烧产物辐射特性参数的一维分布特性,研究了燃烧温度、压强及推进剂铝含量对喷管内燃烧产物辐射特性的影响规律。结果表明:在燃烧室和喷管喉部之间颗粒对燃烧产物吸收系数的贡献占主导地位,而燃气的贡献可忽略;在喷管扩张段,燃气对吸收系数的贡献逐渐显著;在喷管出口处,燃气对吸收系数的贡献不可忽略;燃烧室温度和推进剂铝含量的升高、燃烧室压强的降低均会导致燃气对辐射传热贡献比例的减小。

关键词：固体火箭发动机燃烧产物熔融颗粒燃气辐射特性预示方法

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含局部缺陷的成对角接触球轴承接触载荷分析

航空动力学报 2024年第9期39卷 355-370页

作者：许恩典徐腾飞杨利花李子航胡禧龙王浩泽西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室西安交通大学陕西省先进飞行器服役环境与控制重点实验室西安交通大学航天航空学院

建立了外滚道含局部缺陷的成对角接触球轴承（DACBBs）准静态力学模型，并考虑了缺陷深度、周向宽度以及轴承的时变特性。在此基础上，对纯径向和联合载荷两种工况下局部缺陷的尺寸和位置对DACBBs内部接触载荷的影响进行了系统研究。结... 详细信息

建立了外滚道含局部缺陷的成对角接触球轴承（DACBBs）准静态力学模型，并考虑了缺陷深度、周向宽度以及轴承的时变特性。在此基础上，对纯径向和联合载荷两种工况下局部缺陷的尺寸和位置对DACBBs内部接触载荷的影响进行了系统研究。结果表明：接触载荷对缺陷非常敏感，当左右列轴承分别或共同含局部缺陷时，轴承两列的载荷分布有较大差异。含缺陷的那列轴承载荷分布会产生局部突变现象，突变的幅值和宽度随缺陷尺寸的增大而增大，而不含缺陷的另一列轴承突变很小。另外，成对轴承应视为整体进行研究分析，不同安装方式下，缺陷产生的影响也有较大差异。当前研究对揭示DACBBs的失效机制、可靠性分析以及设计具有重要意义。

关键词：成对角接触球轴承(DACBBs) 局部缺陷接触载荷分布接触角分布安装方式

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非均质环形谐振子结构性能分析方法

中国惯性技术学报 2024年第8期32卷 821-827页

作者：裴永乐徐亮黄伟高立民李录贤原晓斌中国科学院西安光学精密机械研究所西安交通大学航天航空学院复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室飞行器环境与控制陕西省重点实验室

传统环形谐振子结构特性分析方法是基于均质弹性力学理论的，无法准确描述非均质材料力学特性对环形谐振子结构静、动态性能的影响规律。基于圆弧形结构的欧拉梁理论，根据非均质本构关系，运用Hamilton原理，提出一种非均质环形谐振子... 详细信息

传统环形谐振子结构特性分析方法是基于均质弹性力学理论的，无法准确描述非均质材料力学特性对环形谐振子结构静、动态性能的影响规律。基于圆弧形结构的欧拉梁理论，根据非均质本构关系，运用Hamilton原理，提出一种非均质环形谐振子结构性能分析方法。利用非均质环形谐振子理论和布勃诺夫-伽辽金法，获得非均质环形谐振子静态弯曲问题和动态转动问题的理论解。然后，分析了材料的非均质力学特性对环形谐振子弯曲挠度、二阶弯曲角频率及进动系数的影响规律。典型非均质材料性能分析结果表明，传统方法对于二阶弯曲角频率计算误差达59%以上，而所提方法能够精确预测非均质谐振子结构的静、动态响应，计算出二阶弯曲角频率。

关键词：非均质材料欧拉梁理论 Hamilton原理环形谐振子转动问题

基于融合代理策略的超声速降落伞气动优化设计

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航空学报 2024年

作者：姜璐璐潘鑫蒋伟冯瑞陈刚机械结构强度与振动国家重点实验室陕西省先进飞行器服役环境与控制重点实验室西安交通大学航天航空学院北京空间机电研究所

超声速降落伞作为提供气动阻力和稳定性的重要气动减速系统，其设计好坏直接影响着探测器着陆任务的成败。适应不同气动性能需求的降落伞结构参数通常是相互矛盾的，为了解决火星降落伞在外形设计时的结构参数矛盾，以及设计周期长、计... 详细信息

超声速降落伞作为提供气动阻力和稳定性的重要气动减速系统，其设计好坏直接影响着探测器着陆任务的成败。适应不同气动性能需求的降落伞结构参数通常是相互矛盾的，为了解决火星降落伞在外形设计时的结构参数矛盾，以及设计周期长、计算误差大的问题，本研究提出了一种面向探测器-降落伞双体模型的融合代理优化策略。融合代理模型集成了插值型代理模型和回归型代理模型的优点，能够在相同样本的条件下具备更高的气动力系数预测精度。通过采用融合代理模型替代长耗时的CFD计算过程，能够缩短设计周期，提高设计效率。结合多目标遗传算法对探测器-盘缝带伞双体模型进行了优化设计，结果表明，采用融合代理优化策略能够平衡伞体的阻力性能及稳定性能，在满足结构及气动约束的前提下提升盘缝带伞的综合减速能力，具有良好的实用性和可行性。文章的研究结果可为未来新一代火星探测用超声速降落伞的设计研制提供一定的理论参考和技术储备。

关键词：融合策略火星降落伞优化设计代理模型超声速

核磁共振测速技术在燃料组件冷却剂通道流场实验研究的应用

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实验流体力学 2024年

作者：王子瑞张科段敬添武俊梅兰治科西安交通大学航天航空学院西安交通大学复杂服役环境重大装备结构强度与寿命全国重点实验室西安交通大学陕西省先进飞行器服役环境与控制重点实验室中国核动力研究设计院

核磁共振成像测速技术（Magnetic Resonance Velocimetry, MRV）作为复杂结构内三维全流场测量的前沿技术，是流场可视化研究、流动换热机理分析和数值模型验证的重要手段。近年来，MRV技术也被应用于核反应堆堆芯燃料组件冷却剂通道流... 详细信息

核磁共振成像测速技术（Magnetic Resonance Velocimetry, MRV）作为复杂结构内三维全流场测量的前沿技术，是流场可视化研究、流动换热机理分析和数值模型验证的重要手段。近年来，MRV技术也被应用于核反应堆堆芯燃料组件冷却剂通道流场实验研究中，为堆芯热工水力性能研究和安全分析提供基础数据。本文整理了MRV技术在堆芯燃料组件冷却剂通道流场实验中的研究进展，在雷诺数12 500和25 000工况下，利用MRV技术对2×2简单棒束燃料组件冷却剂通道内的全空间三维流场进行了测量，并与文献中相同模型的PIV测量结果进行了定量对比，研究影响MRV测量精度的关键参数。研究结果表明：MRV技术可以精确解析棒束通道全空间三维流场，本文棒束通道内无量纲轴向速度的MRV测量结果与文献中PIV测量结果的最大误差为5.05%。

关键词：核磁共振测速实验技术棒束通道三维流场测量

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飞行器集群安全控制关键问题与技术探讨

兵工学报 2024年

作者：秦伯羽张栋唐硕西北工业大学航天学院陕西省空天飞行器设计重点实验室

飞行器集群是智能无人技术与网络化技术深度融合的重要形态，是现代军事对抗与社会生活的重要新质力量，具有显著的军用价值和民用前景。然而，复杂空域环境、动态飞行冲突、信息交互受限和信息估计不精确等因素为集群飞行带来了安全挑... 详细信息

飞行器集群是智能无人技术与网络化技术深度融合的重要形态，是现代军事对抗与社会生活的重要新质力量，具有显著的军用价值和民用前景。然而，复杂空域环境、动态飞行冲突、信息交互受限和信息估计不精确等因素为集群飞行带来了安全挑战。安全控制是保障飞行器集群高效协同的关键。结合集群系统和任务场景特点，从时空和信息两个维度总结了飞行器集群安全的关键问题；提出了基于OODA环思想的集群安全控制的研究框架；从非结构飞行环境、集群运动行为、受限信息交互和不确定状态估计等方面，探讨了集群安全的相关概念、模型描述和效能评估，阐述了集群安全控制的基本方案及关键技术；给出了对飞行器集群安全控制未来智能化发展的思考，为构建更为完善的集群安全技术体系提供参考和启发。

关键词：飞行器集群安全控制集群控制协同轨迹规划自组网

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仅使用距离量测的多无人机协同环绕未知目标

航空学报 2024年第13期45卷 335-355页

作者：黄山吕永玺朱奇李珂澄史静平西北工业大学自动化学院西安710129 陕西省飞行控制与仿真技术重点实验室西安710129

针对全球定位系统(GPS)拒止环境下多架无人机(UAV)对未知目标的协同环绕导航控制问题,提出了一种仅使用距离量测的分布式控制器。与现有的多数算法不同,该控制器不需要无人机及目标的位置信息。首先假设实际距离和距离变化率可用的情况... 详细信息

针对全球定位系统(GPS)拒止环境下多架无人机(UAV)对未知目标的协同环绕导航控制问题,提出了一种仅使用距离量测的分布式控制器。与现有的多数算法不同,该控制器不需要无人机及目标的位置信息。首先假设实际距离和距离变化率可用的情况下,设计了一种制导控制器驱动单架无人机环绕目标运动。其次利用二阶滑模观测器在有限时间内完成距离变化率的估计来代替实际距离变化率。观测器的设计使用实际距离量测信息,使得无人机仅利用距离量测即可完成环绕任务。然后在距离环绕控制器的基础上,利用有限时间观测器和距离量测信息完成相对位置估计,进而设计速度协调算法来实现多架无人机对目标的均匀环绕。最后,通过数字仿真和半实物(HIL)仿真验证了方法的有效性。

关键词：多无人机距离量测有限时间滑模观测器相对位置估计均匀环绕

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一种高斯-重尾切换分布鲁棒卡尔曼滤波器

哈尔滨工业大学学报 2024年第4期56卷 12-23页

作者：黄伟付红坡李煜章卫国陕西省飞行控制与仿真技术重点实验室(西北工业大学) 西安710072 信息融合技术教育部重点实验室(西北工业大学) 西安710072

为降低实际应用中由强未知干扰和仪器故障对观测造成的影响,减轻随机和未建模干扰对系统的侵蚀,从而提升系统在非高斯噪声环境下的状态估计精度,提高滤波器的鲁棒性能,提出了一种基于高斯-重尾切换分布的鲁棒卡尔曼滤波器(Gaussian-heav... 详细信息

为降低实际应用中由强未知干扰和仪器故障对观测造成的影响,减轻随机和未建模干扰对系统的侵蚀,从而提升系统在非高斯噪声环境下的状态估计精度,提高滤波器的鲁棒性能,提出了一种基于高斯-重尾切换分布的鲁棒卡尔曼滤波器(Gaussian-heavy-tailed switching distribution based robust Kalman filter,GHTSRKF)。首先,通过自适应学习高斯分布和一种重尾分布之间的切换概率将噪声建模为GHTS(Gaussian-heavy-tailed switching)分布,所设计的GHTS分布可以通过在线调整高斯分布和新的重尾分布之间的切换概率来对非平稳重尾噪声进行建模,具有虚拟协方差的高斯分布用于处理协方差矩阵不准确的高斯噪声。其次,引入两个分别服从Categorical分布与伯努利分布的辅助参数将GHTS分布表示为一个分层高斯形式,进一步利用变分贝叶斯方法推导了GHTSRKF。最后,利用一个仿真场景对几种不同的RKFs(robust Kalman filters)进行了对比验证。结果表明,所提出的GHTSRKF算法的估计精度对初始状态的选取不敏感,精度优于其他RKFs,它的RMSEs最接近噪声信息准确的KFTNC(KF with true noise covariances)的RMSEs(root mean square errors),且当系统与量测噪声是未知时变高斯噪声时,相比于现有的滤波器,GHTSRKF具有更好的估计性能,从而验证了GHTSRKF的有效性。

关键词：状态估计非平稳重尾噪声自适应学习鲁棒滤波器变分贝叶斯方法