基于珠式模型的绳系卫星安全交会过程建模与仿真

安全交会是绳系卫星空间应用的一个重要拓展。为满足安全交会的高精度需求,考虑重力、拉力和阻尼力的作用建立了绳系卫星系统三维珠式模型。讨论并选择了一种匀速-匀减速展开策略,推导得到平衡位置零相对速度条件下的安全交会末端约束,在此基础上基于反馈线性化基本原理设计了一种子星喷气推力的安全交会控制律。数值仿真基于低轨道和地球同步轨道条件来进行,4个算例的仿真结果验证了珠式模型条件下,匀速-匀减速展开策略及反馈线性化交会控制律的理论可行性,且交会控制力需求表现为同步轨道低于低轨。该方法可为绳系卫星精确交会技术提供一定参考。     

弧齿锥齿轮摩擦功率损失计算

基于齿轮啮合原理和摩擦学理论,将弧齿锥齿轮等效为当量直齿圆柱齿轮,并综合考虑啮合点相对滑动速度、法向载荷、摩擦系数等时变性因素和实际重合度的影响,建立弧齿锥齿轮摩擦功率损失计算模型。基于该模型,以某型直升机尾减速器弧齿锥齿轮为对象,对其进行摩擦功率损失计算分析。结果表明,该计算模型考虑因素全面、分析方法简便、计算结果准确可靠,对弧齿锥齿轮摩擦功率损失计算具有参考价值。     

履带车辆水泥路面的牵引力-滑转率关系的计算与试验

为了研究履带车辆在水泥路面的行驶特性,主要是分析计算其直线行驶时的履带牵引力与滑转率的关系,建立了履带地面牵引力和滑转率的关系模型。首先根据接地压力试验测试结果建立了半经验接地压力计算模型;然后假设履带与水泥地面之间的摩擦因数随正压力、滑动速度和路面性质等因素变化而建立了摩擦因数的修正模型;最后结合接地压力、摩擦因数与牵引力的计算公式得到了履带地面牵引力和滑转率的关系模型。将地面牵引力的计算结果与实车测试结果进行了对比,两者的一致性验证了所建立的计算模型具有可信性。     

Si3N4和CCr15对巴氏合金摩擦副的摩擦磨损性能研究

在UMT-3摩擦磨损试验机上,将Si3N4、CCr15分别与巴氏合金进行了摩擦磨损试验,并利用扫描电镜和X射线能谱仪观察巴氏合金的磨损表面,探讨其磨损机理,为Si3N4-巴氏合金新型陶瓷轴承的实际应用提供理论依据.结果表明:载荷相同时,Si3N4-巴氏合金的平均摩擦因数和磨损率比CCr15-巴氏合金低;随着载荷的增加,Si3N4-巴氏合金的摩擦因数先升后降,波动幅度明显小于CCr15-巴氏合金;载荷为10N时,Si3N4-巴氏合金摩擦因数达到最大值0.13,在15N时达到最小值0.04;摩擦副整体磨损率较低,巴氏合金的磨损率随载荷增大而增大,平均为10-6 mm3/(N-m).在Si3N4-巴氏合金摩擦表面同时存在陶瓷氧化物润滑膜和金属磨屑,共同起到了润滑减摩的作用.Si3N4-巴氏合金作为陶瓷轴承的配合材料,具有比传统轴承更好的摩擦磨损性能,具有广阔的应用前景.     

湿式多片离合器摩擦副温度仿真分析

对混合动力车用湿式多片离合器的动力学理论进行分析,运用AMESIM建立了车辆湿式多片离合器滑磨功的计算模型。根据湿式多片离合器对偶钢片和摩擦片实际几何尺寸和约束情况,建立了摩擦副温度仿真分析模型。分析计算了单个摩擦副的温度变化情况。     

叶轮几何参数对漂浮潜水泵外特性的影响

为了研究叶片数和包角对漂浮潜水泵外特性的影响,基于Pro/E软件建立了漂浮潜水泵内部流场模型,利用Fluent对其内部流场进行数值模拟,探讨了不同叶片数和包角对漂浮潜水泵外特性、内部流场、叶片受力和速度分布的影响。结果表明:随着叶片数增加,效率曲线的高效区向大流量方向不断扩展;扬程曲线随着包角的增大而变得陡峭;效率曲线的极值点随着包角的增大向小流量方向移动,且高效区的范围不断缩小;存在工况最优的叶片数和包角。研究结果可为优化叶轮几何参数、改善内部流场分布和提高泵效率提供一定参考。     

典型线性火工分离装置作用过程数值模拟及试验研究

针对目前线性火工分离装置的优化设计主要依靠试验验证,成本高且设计优化迭代慢的问题,采用任意拉格朗日-欧拉方法建立典型线性火工分离装置的数值模型。通过火工分离试验和光子多普勒测速试验对上述数值模型进行验证,发现该数值模型具有较好的精度。使用该模型研究上述火工分离装置分离瞬态过程的力学机理,并定量分析多种因素对分离装置重点部位等效塑性应变等关键特征量的影响。研究发现,芯药线密度、分离板削弱槽底部的圆角半径对分离装置的作用过程有重大影响。此外,保护罩材质、削弱槽开口角度、分离板槽结构尺寸等因素对分离过程也有一定影响,但其影响相对较小。研究结果可以为典型线性火工分离装置的优化设计提供基础。     

碰撞角约束的全向拦截制导律研究

针对空间拦截制导律设计中的碰撞角约束问题,通过在全向真比例制导律中增加并实时求解时变偏置角速率的方法,设计了带约束碰撞角的全向真比例制导律(Angle-Constraint Omnidirectional True-Proportional Navigation,ACOTPN),解决了顺、逆轨拦截模式下对末端碰撞角的切换、装订和控制问题。该制导律能根据目标和拦截器的运动关系自主选择顺轨或逆轨拦截模式并装订末端碰撞角进行拦截制导,碰撞角控制精度高。AC-OTPN可通过调整理想的末端碰撞角以增强碰撞效能,使得相对质量、体积较小的拦截器同样具备较强的毁伤能力,为拦截器的小型化设计和携带更多的子拦截器提供技术支撑。     

7A52铝合金便携式搅拌摩擦焊接头的组织与性能分析

采用便携式搅拌摩擦焊设备,对3mm厚的7A52铝合金薄板进行了焊接,对焊接头的显微组织和机械性能进行了观察测试。研究结果表明:焊接头可分为动态再结晶区、热-机影响区和母材3个区域,而没有明显的热影响区。动态再结晶区组织发生再结晶,生成细小的等轴晶粒;热-机影响区有塑性变形流线,且范围较窄;母材区保持着原来的轧制组织。接头硬度的最薄弱环节在热-机影响区。接头抗拉强度达到母材的70%左右,能够满足战场应急抢修的需求。     

磁流变液的摩擦与润滑

采用四球摩擦磨损试验机考察了羰基铁-矿物油体系磁流变液和基础油摩擦系数随时间的变化曲线、磨斑直径,用扫描电镜观察了磨痕表面形貌.结果表明,与基础油相比,磁流变液的摩擦加剧,润滑性能降低,磁性颗粒是导致其润滑性能下降的首要原因;摩擦磨损机理主要是磨粒磨损,表现为犁沟效应.     

坦克炮控系统非线性特性及自适应补偿控制

影响坦克炮控系统低速性能主要有两个方面的因素,摩擦非线性和齿隙非线性。建立了坦克炮控系统数学模型,介绍了坦克炮控系统中摩擦、齿隙两类重要非线性模型,分析了摩擦、齿隙对炮控系统性能的影响,以及摩擦非线性环节导致系统低速时的爬行现象、速度过零时的平顶现象;齿隙非线性环节造成系统输出误差外,系统会因极限环振荡或冲击而降低性能,甚至不稳定,总结了炮控系统中针对摩擦、齿隙等非线性环节的自适应补偿控制的研究成果。     

基于Theta-D次优控制器设计的相对姿轨耦合控制

针对在轨服务航天器的快速机动和姿轨协同控制的特点,研究了基于姿轨耦合一体化模型的最优控制方法。建立了包括转动和平动的六自由度相对运动耦合非线性模型,连续偏心推力矢量既可以提供位置控制力,也可以输出姿态控制转矩。利用动态模型线性化方法和θ-D构造性优化算法给出相对运动姿轨耦合最优控制问题的数值解法,同时控制服务航天器相对位置和相对姿态,使其直线逼近一个失效慢旋目标。仿真结果证明,由于在动态优化问题中采用了构造性求解,所提方法在保证相对运动稳定和动态性能的前提下计算量小,对未来应用具有一定现实意义。     

摩擦电喷镀Ni-Co-MoS2复合镀层摩擦学性能研究

采用摩擦电喷镀技术制备Ni-Co-MoS2复合镀层,系统试验研究了复合镀层的摩擦学性能。结果表明,Ni-Co-MoS2复合镀层在滑动摩擦条件下,摩擦因数主要取决于镀层中MoS2微粒的含量、滑动速度和载荷;MoS2微粒的减磨作用,可有效改善镀层的耐磨性;在滑动摩擦条件下,Ni-Co-MoS2复合镀层的耐磨性能将随MoS2含量的提高而提高。     

航母部署的航行路线模型研究

针对母舰平台航行与舰载机出动需要相互协同配合的问题,研究了连续出动作业方式下的航母航行规律。首先,分析了航母航行路线的影响因素;然后,建立了描述航母在单飞行甲板周期四个阶段航行规律的路线模型;最后,利用开发的计算工具定量分析了典型情况下相对风向、出动架次和转向方式这三个因素对航母部署能力的影响规律,分析结果表明:航母部署能力随相对风向角度增加而增强,随出动架次数量增加而减小,与转向方式关系不明显。     

舱门开启状态下UUV小攻角水动力特性数值模拟

为了掌握舱门开启状态下UUV小攻角水动力特性,首先基于风洞模型实验验证了所用数值计算方法的准确性与有效性,进而采用该方法对舱门开启状态UUV阻力、升力及力矩特性进行了数值模拟研究,分析了舱门开启后载荷舱及舱门对UUV表面压力分布的影响.计算结果表明,载荷舱前后端面形成的较大压力差,导致舱门开启状态UUV阻力显著提升,且阻力关于零攻角表现为不对称性,主要原因在于负攻角条件下载荷舱粘压阻力随攻角绝对值的增大而增大;由于载荷舱的流体阻滞作用,零攻角工况下舱门下表面平均压力高于上表面,UUV零攻角升力为正,零升力攻角约为-3.,且零攻角力矩为正力矩,零力矩攻角约为-1°.     

球磨时间对纳米SiO_2/Cu复合材料摩擦学性能的影响

采用球磨法与热压烧结工艺制备了添加w（n-SiO2）=1.0%的铜基纳米复合材料。通过球盘式摩擦磨损试验机测试了复合材料的摩擦磨损性能,采用排水法和场发射扫描电镜（FSEM）研究了复合材料的致密度、显微组织和磨损形貌。结果表明：球磨可提高复合材料的致密度,改善n-SiO2在铜基体中的分散均匀性;随球磨时间的增加,复合材料的动摩擦因数和磨损量先减小后增加,球磨10 h复合材料具有较低的摩擦因数和磨损量,磨损机理主要为磨料磨损。     

摩擦条件对纳米铜润滑添加剂减摩性能影响的研究

研究了摩擦速度、载荷和摩擦表面处理方式等摩擦条件,对纳米铜润滑添加剂减摩性能的影响,发现摩擦速度较高时,载荷增加使摩擦因数明显降低;在低载荷时摩擦速度的减小,使摩擦因数降低了17%,载荷增大后摩擦速度的变化,对摩擦因数的影响减小.摩擦表面抛光处理,使摩擦因数降低为磨削处理时的74%.     

网孔尺寸对土工格栅-无黏性土界面特性的影响

土工格栅加筋体的计算常常按二维平面应变问题进行,在确定界面强度参数时无法考虑土工格栅网孔尺寸对界面特性的影响,其准确性及合理性值得研究。以单一粒径的标准砂(无黏性土)为填料,通过大型剪切试验和三维数值模拟研究了土工格栅网孔尺寸对其界面特性的影响,结果表明:土工格栅-土界面特性受土工格栅网孔尺寸影响明显,网孔尺寸较大的土工格栅对应的界面强度参数更高,摩擦加筋作用更明显,但是要求土工格栅材料的轴向拉力也更高,否则不能满足抗拉强度的要求。     

数据与机理相结合的船用NPP破口尺寸诊断方法

用数据驱动故障诊断方法对船用核动力装置破口尺寸进行诊断时速度快,但诊断结果存在不确定性;机理模型驱动诊断方法确定性较好,但需要人为判断和输入故障类型。为此,提出了一种数据与机理相结合的船用核动力装置破口尺寸诊断方法。首先,选取BP神经网络作为数据驱动诊断方法,建立安全分析平台作为机理模型分析工具;然后,采用Matlab编写接口程序,实现了数据驱动和机理模型驱动二者耦合运行;最后,对所提方法进行了验证。结果表明：利用机理模型可验证数据驱动诊断结果的准确性,当数据驱动诊断结果不够准确时,在数据驱动诊断结果基础上采用机理模型驱动方法可诊断出更准确的破口尺寸;数据驱动与机理模型驱动相结合的船用核动力装置破口尺寸诊断方法是可行且高效的,能够实现在线快速诊断,该方法还可应用于其他类型故障诊断与分析。     

摩擦电喷镀摩擦机理及复合镀层工艺的研究

摩擦电喷镀是一项新发明的金属表面高速电沉积技术,具有高速、优质、低耗等特点.本文利用扫描电镜、X射线衍射、X射线应力测试仪等物理测试手段,首次研究了摩擦对镍镀层组织、结构和力学性能的作用机理.此外,通过对摩擦电喷镀Ni基Al_2O_3复合镀层测试,分析了工艺因素及其对镀层质量的影响,并给出了有参考价值的优化工艺参数.