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运载火箭电子设备测试性验证方法研究

电子测量与仪器学报 2024年第2期38卷 241-248页

作者：汪芊芊苏晗林臻王海涛蓝鲲北京宇航系统工程研究所北京100076

装备测试性验证及FMEA分析传统按照单故障模式考虑,并采用抽样方法确定故障样本,并未考虑冗余模块的不同失效模式以及对故障模式的覆盖程度。针对运载火箭电子设备冗余功能验证需求、测试覆盖性需求等测试性验证需求和难点,在装备通用... 详细信息

装备测试性验证及FMEA分析传统按照单故障模式考虑,并采用抽样方法确定故障样本,并未考虑冗余模块的不同失效模式以及对故障模式的覆盖程度。针对运载火箭电子设备冗余功能验证需求、测试覆盖性需求等测试性验证需求和难点,在装备通用测试性验证方法基础上,提出冗余降级FMEA分析及故障覆盖率指标评估方法,形成了适用于运载火箭电子设备的测试性验证及评估方法,最后以某箭上电子设备为例进行了验证。结果证明,本文提出的冗余降级FMEA分析方法有效识别了运载火箭电子设备冗余模块的冗余性能降低和整体失效故障模式,并将冗余模块的故障模式纳入测试性指标评估,实现了测试性验证对于运载火箭电子设备冗余功能的考核;所提出的故障覆盖率指标评估方法及样本量补充方法有效提升了测试性验证对运载火箭故障模式的覆盖程度。本文方法适用于运载火箭电子设备的测试性验证及指标评估,并可推广至全箭电气系统。

关键词：测试性验证冗余降级FMEA分析故障覆盖率

沁水盆地煤层气井排采水微量元素地球化学特征及其环境意义

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地球与环境 2024年

作者：方鲁加陈碧莹能惠刘燚崔丽峰徐胜天津大学地球系统科学学院

在能源结构调整的过程中，煤层气作为重要的非常规天然气资源，其开发和利用引起广泛关注。然而，煤层气开采伴随的排采水排放也引发了水污染等环境问题。沁水盆地是我国煤层气开发的重要区域，因此本研究以该地区的6个区块为研究对象... 详细信息

在能源结构调整的过程中，煤层气作为重要的非常规天然气资源，其开发和利用引起广泛关注。然而，煤层气开采伴随的排采水排放也引发了水污染等环境问题。沁水盆地是我国煤层气开发的重要区域，因此本研究以该地区的6个区块为研究对象，对煤层气井排采水中微量元素的来源与演化进行了深入分析，以提供地球化学数据支撑，为排采水的后续处理提供依据。分析结果显示，沁水盆地煤层气井排采水中主要微量元素包括Li、B、F、Mn、Fe、Sr、Ba等。其中，F和Mn的含量分别超出中国饮用水卫生标准7倍和1.4倍，地下水质量标准中分别达到Ⅴ类和Ⅲ～Ⅳ类水质标准。长期的煤层气开采导致了这些元素的过度积累，对周围环境及人类健康构成严重威胁。本研究指出，岩浆活动为沁水盆地煤层带来了大量的F，富含HCO3–的地下水环境促进了含氟矿物的溶解，从而导致了煤层水中F的富集。同时，榆社和郑庄区块的锰富集现象最为严重，含锰菱铁矿溶解作用是煤层水中高浓度溶解锰的主要控制因素。随着煤层气井深度的增加和pH值的降低，煤层水中Mn的富集程度逐渐增加。本研究通过汇总其他煤层气区域的数据，发现中国的煤层水中普遍存在F和Mn的异常富集现象，因此在排放煤层水前，有必要采取适当的处理措施。

关键词：沁水盆地煤层气井排采水水质评价微量元素

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面向无人驾驶车辆的行车安全场模型构建方法

北京航空航天大学学报 2024年第4期50卷 1375-1383页

作者：谢楚安任羿杨德真冯强孙博王自力北京航空航天大学可靠性与系统工程学院北京100191

针对全面系统评价无人驾驶车辆行车安全方法欠缺的问题,提出一种改进的无人驾驶车辆行车安全场模型。考虑无人驾驶车辆复杂道路因素,人工智能(AI)系统感知、决策、控制3大模块的特性对无人驾驶车辆行车安全的影响,基于胡克定律,建立动... 详细信息

针对全面系统评价无人驾驶车辆行车安全方法欠缺的问题,提出一种改进的无人驾驶车辆行车安全场模型。考虑无人驾驶车辆复杂道路因素,人工智能(AI)系统感知、决策、控制3大模块的特性对无人驾驶车辆行车安全的影响,基于胡克定律,建立动态势能场及安全行为场相结合的无人驾驶车辆行车安全场数学模型,以此表征道路上静止物体、运动物体与AI系统自身等因素造成的行车风险。结合典型行驶场景的行车安全分析验证所提模型的正确性和可用性。

关键词：无人驾驶车辆行车安全场风险行车安全评价动态势能场

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复合型径向机构在地铁车辆上的适用性研究

中国机械工程 2024年第6期35卷 1120-1128页

作者：郑阳代亮成池茂儒郭兆团曾鹏程西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610036

设置径向机构是解决铁道车辆蛇行稳定性与曲线通过性能之间矛盾的主要措施,然而,传统的杠杆式迫导向转向架在低等效锥度状态下运行时,由于连杆的存在加剧了车辆的一次蛇行,进而导致车辆的稳定性下降。针对传统杠杆式迫导向转向架存在的... 详细信息

设置径向机构是解决铁道车辆蛇行稳定性与曲线通过性能之间矛盾的主要措施,然而,传统的杠杆式迫导向转向架在低等效锥度状态下运行时,由于连杆的存在加剧了车辆的一次蛇行,进而导致车辆的稳定性下降。针对传统杠杆式迫导向转向架存在的上述缺陷,提出了一种复合型径向机构,该径向机构使车辆在小半径曲线运行时具有迫导向的功能,车辆在大半径曲线或直线上运行时迫导向功能失效,从而克服了传统杠杆式迫导向转向架存在的不足。基于复合型径向机构的工作原理,建立了该机构的数值仿真模型和控制模块,然后采用MATLAB/Simulink对复合型径向机构数学模型和地铁车辆动力学模型进行联合仿真,研究它对车辆系统动力学性能的影响,并进行了台架试验验证。结果表明,复合型液控径向机构不但可以保证车辆具有良好的曲线通过性能,而且可大幅度提高车辆的稳定性。

关键词：地铁车辆径向转向架曲线通过性能复合型径向机构蛇行运动稳定性

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高速列车主动横向悬挂系统Hopf分岔特性

力学学报 2024年第4期56卷 1088-1097页

作者：刘沿修石怀龙曾京寇云皓武士栋西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031

为研究采用主动横向悬挂的高速车辆系统Hopf分岔特性,建立整车横向简化7自由度非线性动力学模型,基于传统天棚控制原理提出天棚/地棚阻尼和刚度非线性控制律,即将二系横向减振器的理想主动力表示为车体或转向架横向位移和速度的三次多... 详细信息

为研究采用主动横向悬挂的高速车辆系统Hopf分岔特性,建立整车横向简化7自由度非线性动力学模型,基于传统天棚控制原理提出天棚/地棚阻尼和刚度非线性控制律,即将二系横向减振器的理想主动力表示为车体或转向架横向位移和速度的三次多项式函数,理论研究状态反馈量和控制增益对车辆系统蛇行运动Hopf分岔速度、极限环幅值和频率的影响规律.结果表明:被动悬挂难以兼顾车辆一次和二次蛇行失稳工况;地棚阻尼和刚度控制律中一次项和三次项增益对一次蛇行分岔特性影响很小;优化地棚阻尼和刚度控制律一次项增益可提升二次蛇行失稳临界速度,其中地棚阻尼控制律提升效果更为显著;优化地棚阻尼控制律三次项增益可以显著降低极限环幅值且不改变蛇行频率,而地棚刚度三次项增益则不影响系统蛇行分岔特性;优化天棚阻尼和刚度控制律中一次项增益能够有效抑制一次蛇行,主要原因是改变了车体悬挂模态阻尼比和频率,然而天棚刚度控制会降低二次蛇行临界速度;综上,合理设计天棚/地棚阻尼和刚度控制律及参数,能够有效调控车辆系统分岔速度及极限环幅值.研究可为基于主动横向悬挂技术的动车组蛇行稳定性和运行平稳性协调控制研究提供理论依据和参考.

关键词：高速列车动力学主动悬挂 Hopf分岔非线性天棚/地棚控制

2017—2022年天津市冬季大气PM水溶性无机离子浓度变化特征

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生态学杂志 2024年

作者：李红娟肖浩丁士元李晓东天津大学地球系统科学学院

于2017—2022年连续6年采集了天津市冬季的PM2.5样品，分析了8种水溶性无机离子(SO42-、NO3-、NH4+、Cl-、K+、Ca2+、Na+、Mg2+)浓度。结果发现，2017—2022年间PM2.5中SO42-、NO3-和NH4+质量浓度下降明显，降幅分别为83.9%、46.2%和55.2%；NO3-在水溶性无机离子（WSIIs）中占比逐年升高，二次无机离子(SO42-、NO3-和NH4+)的主要存在形式由(NH4)2SO4逐渐向NH4NO3转变。此外，NO3-/SO42-、NO3-/Cl-及NO3-/K+的值均呈逐年上升趋势，表明近年来相较于燃煤和生物质燃烧等固定源，机动车尾气等移动源对天津市空气质量的影响逐年增强。后向轨迹结果发现，采样期间天津市大气PM2.5主要受来自西北方向、天津南部及河北中部等气团的影响，但其潜在源区域没有明显的年际差异。此外，相较于天津周边的短距离气团，来自西北方向的长距离气团所携带SO42-的浓度下降明显。NO3-和NH4+的降幅较低，2020年短距离气团所携带的NO3-和NH4+浓度呈上升趋势，进一步表明未来需要加强天津及周边区域汽车尾气排放的管控。

关键词：天津市 PM 水溶性无机离子冬季

面向电磁水声换能器的高静低动型悬架动力学研究

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振动与冲击 2024年第7期43卷 300-307,316页

作者：孙士涛么宇辉张希李鸿光上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

针对目前线性悬架无法兼顾电磁水声换能器降低谐振频率与承载较大静水压力的难题,设计引入了高静低动型悬架装置,并分析其对换能器声辐射性能的影响。建立了系统动力学模型和动态特性微分方程组,仿真分析了引入非线性刚度前后换能器系... 详细信息

针对目前线性悬架无法兼顾电磁水声换能器降低谐振频率与承载较大静水压力的难题,设计引入了高静低动型悬架装置,并分析其对换能器声辐射性能的影响。建立了系统动力学模型和动态特性微分方程组,仿真分析了引入非线性刚度前后换能器系统声源级及谐振频率的变化。研究了输入电压对不同系统谐振频率的影响,探究了不同高静低动系统之间的差异。通过锤击试验测得引入高静低动刚度前后悬架的固有频率和加速度导纳。研究结果表明:相较于原线性悬架,高静低动型悬架在承受相同负载时具备更低的固有频率,低频段内具有更高的加速度。在电磁换能器中引入具有高静低动刚度特性的悬架装置可以获得比原系统更低的谐振频率,使低频区域内的声源级得到提升。

关键词：换能器谐振频率高静低动仿真分析

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中低速磁浮最小曲线半径及缓和曲线长度研究

振动与冲击 2024年第6期43卷 301-310页

作者：林远扬李苗马卫华王波张敏左飞飞西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031

为研究中低速磁浮最小曲线半径及缓和曲线长度,该文基于磁浮交通线路参数的计算方法、相关要素,以及线路自身的特点,推导出适用于中低速磁浮的曲线半径、缓和曲线长度计算公式,在参考相关标准的基础上,对中低速磁浮列车以20~160 km/h速... 详细信息

为研究中低速磁浮最小曲线半径及缓和曲线长度,该文基于磁浮交通线路参数的计算方法、相关要素,以及线路自身的特点,推导出适用于中低速磁浮的曲线半径、缓和曲线长度计算公式,在参考相关标准的基础上,对中低速磁浮列车以20~160 km/h速度运行时的最小平、竖曲线半径及缓和曲线长度进行了理论分析,进一步给出其建议值,并建立了考虑主动反馈控制特性的车辆模型,通过动力学仿真对取值的可靠性进行了验证。研究结果表明:最小平曲线半径取值受指向外侧的最大侧向加速度控制,最小竖曲线半径取值受凹曲线上最大法向加速度控制,当列车运行速度一定时,横坡角越大,最小平曲线半径取值越小,而纵坡对最小竖曲线半径取值几乎无影响;当横坡角为2°,列车在正常条件下运行时,最小缓和曲线长度主要受最大侧向冲击控制,在困难条件下运行时,最小缓和曲线长度主要受最大法向冲击控制,当横坡角为4°、6°,列车在正常/困难条件下运行时,最小缓和曲线长度主要受最大法向冲击控制;按横坡角最大值6°考虑,列车以160 km/h在正常条件下运行时,建议最小平曲线半径及缓和曲线长度分别取970 m、120 m。该文研究成果可为中低速磁浮交通的选线设计提供理论依据和数据参考。

关键词：中低速磁浮曲线半径缓和曲线加速度冲击

一种分布式协同拦截制导方法及半实物仿真验证

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宇航学报 2024年第4期45卷 580-589页

作者：唐浩楠唐志共郭继峰陈功哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 成都智能空中无人系统创新中心成都611730

针对考虑速度大范围时变的多拦截弹集群协同拦截问题,提出了一种基于距离协同的、可自由配置弹间通信数量的分布式协同制导方法。其中,基于扩张函数将弹目距离协同转化为期望速度前置角的求解,能够更好地适应拦截弹大范围速度变化,结合... 详细信息

针对考虑速度大范围时变的多拦截弹集群协同拦截问题,提出了一种基于距离协同的、可自由配置弹间通信数量的分布式协同制导方法。其中,基于扩张函数将弹目距离协同转化为期望速度前置角的求解,能够更好地适应拦截弹大范围速度变化,结合比例导引设计了动态逆控制器实现对期望速度前置角的有效跟踪。同时构建了集群半实物仿真系统,在三种不同场景下进行了集群半实物仿真试验。试验结果表明,本文所提算法能够有效提高多拦截弹集群的同时命中效果,验证了协同制导算法的有效性和鲁棒性。

关键词：导弹拦截弹集群半实物仿真协同制导距离协同