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2017年  第43卷  第9期

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2017年, 第43卷, 第9期
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论文
基于弹性的体系组件重要度及恢复策略
潘星, 蒋卓, 杨艳京
2017, 43(9): 1713-1720. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0727
摘要:

体系(SoS)在遭受内部或外部的干扰时性能会受到影响,体系结构作为体系设计和构建的基础,其弹性不仅是反映体系性能恢复能力的一个重要指标,更是体系演化性的重要体现。提出了一种基于弹性的体系结构评价方法,对体系的组件或系统进行重要度分析(CIMs)。首先,给出了体系结构弹性的明确定义并构建了相关的数学模型,综合权衡了性能损耗与恢复时间对体系组件重要度的影响;其次,通过分析不同的干扰事件和恢复策略,构建了基于重要度分析的体系弹性优化模型,并重点分析了其对体系性能恢复的影响;最后,以某体系结构的弹性评价为例,对本文提出的模型和方法进行了验证,优化后的恢复策略使体系性能的恢复效率有显著的提高。

带旋转孔容腔瞬态演化与建模方法研究
丁水汀, 蒲俊宇, 邱天, 于航
2017, 43(9): 1721-1731. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0689
摘要:

旋转孔与腔组成的孔腔系统为航空发动机空气系统的重要组成部分,其瞬态响应过程可能诱发短时危险过渡态载荷。为研究旋转孔腔的瞬态演化规律,以旋转孔前的容腔为研究重点,建立了带旋转孔的容腔CFD计算模型,分析了孔腔系统的瞬态演化过程,并基于旋转孔的稳态流动特性建立了带旋转孔容腔的瞬态1-D模型,对瞬态演化过程进行了仿真。通过对比瞬态1-D模型的结果和CFD结果,发现采用前者能基本模拟容腔的瞬态演化过程,基本满足工程需要,并完成了瞬态1-D模型结果产生偏差的原因分析。

光纤陀螺数字相位斜波频繁复位抑制算法
宋凝芳, 刘鹏程, 潘雄, 王夏霄, 张少博
2017, 43(9): 1732-1737. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0662
摘要:

针对光纤陀螺在小角速度测量时存在数字相位斜波频繁复位的问题,建立了调制增益漂移条件下复位相位误差模型,分析了数字相位斜波频繁复位的机理和产生的条件。证明了数字相位斜波频繁复位是产生死区的因素之一。提出了一种具有类似施密特触发器特性的数字斜波滞回复位算法,通过分离数字相位斜波正负向累加区间,抑制频繁复位及其引起的死区。实验结果表明,在调制增益变小1%时,采用滞回复位算法可将死区范围从测量噪声的3倍减小至1倍左右。

基于高斯过程的机器人自适应抓取策略
陈友东, 郭佳鑫, 陶永
2017, 43(9): 1738-1745. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0660
摘要:

在机器人抓取作业时,目标物体的位姿经常发生变化。为了使机器人在运动过程中能够适应物体的位姿变化,提出了一种基于高斯过程的机器人自适应抓取策略。该方法建立了从观测空间到关节空间的映射,使机器人从样本中学习,省去了机器人视觉系统的标定和逆运动学求解。首先,拖动机器人抓取物体,记录物体的观测变量和机器人的关节角度;然后,利用记录的样本训练高斯过程模型,实现观测变量和关节角度的关联;最后,当得到新的观测变量时,通过训练的高斯过程模型得到机器人的关节角度。经过训练后,UR3机器人成功抓取了物体。

一种多阶段交互式线索驱动的设计模式识别方法
肖卓宇, 何锫, 余波
2017, 43(9): 1746-1756. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0750
摘要:

针对传统设计模式自动检测不够精确及不易于扩展的问题,为提高设计模式实例恢复的精确性,提出一种多阶段交互式线索驱动的设计模式识别方法。在传统基于约束满足问题(CSP)的设计模式检测思想基础上引入了线索的思想,旨在经过调研对专家经验知识进行反馈,并将筛选后有价值的线索表示为CSP形式的信息,进而依据信息特征将线索分类,通过在设计模式检测过程中逐步增加线索,直至设计模式实例候选参与者集产生。实验结果表明,本文方法不仅分阶段筛选了设计模式检测实例的假阴性与假阳性结果,还解决了设计模式识别的重叠问题,通过与其他主流检测方法的F-score指标值对比,取得了较好的检测效果。

临近空间38°N大气密度特性及建模技术
肖存英, 胡雄, 杨钧烽, 闫召爱, 刘涛, 程旋
2017, 43(9): 1757-1765. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0735
摘要:

针对临近空间大气环境复杂时空变化的定量表征和仿真建模,基于11年TIMED/SABER大气密度数据,采用网格划分和数学统计的方法,得到了38°N大气密度在20~100 km的气候平均值和标准差。定量结果用于表征和分析了静态缓变气候平均态以及动态瞬变大气扰动态的变化规律,结果表明,38°N大气平均密度随高度、季节、经度变化显著。在此基础上,提出了临近空间大气密度表征为气候平均量和大气扰动量之和的建模方法,并建立了大气随机扰动自回归模型,通过仿真试验及与激光雷达大气密度实测数据的比较,结果表明该建模方法可行。

低能Ar+、Xe+轰击SiO2的溅射模型
张建华, 夏勇, 丁利, 商圣飞
2017, 43(9): 1766-1772. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0744
摘要:

为了得到在低能条件下更为精确的Ar+和Xe+轰击SiO2的溅射模型,对已有化合物溅射模型进行调研分析,总结了3种溅射模型,分别为Pencil模型、Bach模型和Seah模型,并对其不足之处加以分析。在Seah模型基础上,对溅射阈值采用新的计算方法,并利用等效原子法改进溅射参数和表面键能的计算方法,形成改进后的新模型。结合已有的关于Ar+和Xe+法向轰击SiO2的实验数据,对4种模型的计算结果进行对比分析。对于Ar+和Xe+法向轰击SiO2,改进后的溅射模型的均方根误差最小,拟合优度最高,均优于其他3种模型。说明在低能状态下,采用改进后的模型可以更为精确地计算Ar+和Xe+轰击SiO2的溅射率。

基于随机森林的航天器电信号多分类识别方法
兰巍, 贾素玲, 宋世民, 李可
2017, 43(9): 1773-1778. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0661
摘要:

针对航天器电特性信号数据存在数据量大、特征维数高、计算复杂度大和识别率低等问题,提出基于主成分分析(PCA)的特征提取方法和随机森林(RF)算法,对原始数据进行降维,提高计算效率和识别率,实现对航天器电信号数据的快速、准确识别分类。随机森林算法在处理高维数据上具有优越的性能,但是考虑到时间复杂度问题,利用主成分分析方法对数据进行压缩和降维,在保证准确率的同时提高了计算效率。实验结果表明:与其他算法相比,针对航天器电特性信号数据,本文方法在准确率、计算效率和稳定性等方面均显示出优异的性能。

液体姿控发动机76 km高空模拟试验系统性能仿真
卫强, 梁国柱
2017, 43(9): 1779-1788. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0754
摘要:

为研究液体姿控发动机76 km高空模拟试验系统的工作性能,建立了考虑燃气相变的试验系统集中参数动态仿真模型。模型由真空抽气系统、冷凝管束和液氮外流程3个子模型组成。根据燃气、霜、液氮之间的传热和传质过程将各子模型耦合在一起。以四氧化二氮/甲基肼双组元姿控发动机为实例,计算了稳态和脉冲点火试验时系统的工作参数,分析了关键设计参数对其工作性能的影响。结果表明:试验系统能够为最大流量6.4 g/s(推力约16.5 N)的发动机提供脉冲和6×104 s长程稳态试验环境;在长程稳态试验中,冷凝管束霜层将依次饱和,失去对二氧化碳和水蒸汽的抽吸能力,导致真空舱压力逐渐升高;在脉冲点火试验中,真空舱压力将随发动机工作而脉冲波动,15 ms开关脉冲时的压力波动幅度约70%。研究结果为液体姿控发动机高空模拟试验系统的设计与改进提供了参考。

基于压缩感知的单脉冲雷达欺骗干扰机研究
王彩云, 何志勇, 宫俊
2017, 43(9): 1789-1797. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0723
摘要:

欺骗干扰是一种常用的雷达干扰技术,提出了一种对抗单脉冲雷达的欺骗干扰机设计新方法。在分析欺骗干扰信号特性基础上,基于压缩感知(CS)框架和数字射频存储(DRFM)技术,根据线性调频(LFM)信号在分数阶傅里叶域的能量聚集特性,设计了压缩感知框架下的DRFM以产生角度欺骗干扰信号;通过控制干扰信号强度产生角度拖引和闪烁干扰以实现对单脉冲雷达角度跟踪的有效干扰。仿真实验结果表明,干扰机能够产生良好的角度欺骗干扰信号,通过干扰信号强度控制能够产生稳定的角度拖引和闪烁干扰。

无直流分量干扰的自适应锁频环同步优化方法
刘玉芝, 张鑫宇, 卞建鹏, 胡立强
2017, 43(9): 1798-1804. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0672
摘要:

电网同步是提高并网换流器故障穿越能力的关键技术之一。为实现电网不平衡下换流器快速准确的并网跟踪,提出一种改进的一阶广义积分器锁频环(FOGI-FLL)方法。建立并网换流器数学模型,分析了不平衡电网下的正负序分离原理,并给出了正负序基频分量分离简化结构,讨论了简化结构中一阶广义积分器核心模块的实现方法,在一阶广义积分器滤波结构上进行了改进,增加了可以消除直流分量干扰的积分补偿环节。仿真结果表明,本文所提方法在电网电压不平衡环境中可以实现高性能的同步跟踪效果。

基于递推更新卡尔曼滤波的磁偶极子目标跟踪
吴垣甫, 孙跃
2017, 43(9): 1805-1812. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0694
摘要:

针对磁性目标跟踪问题,以磁偶极子等效场源模型为基础,建立磁性目标跟踪的离散状态空间模型,将磁偶极子目标实时跟踪问题转化为状态空间模型的滤波估值问题。针对磁性目标初始条件难以获得且现有卡尔曼类滤波算法在大初始误差条件下容易出现发散的问题,提出一种递推观测更新的卡尔曼滤波算法,将现有的一步观测更新描述为递推更新过程,等效降低大初始误差带来的大非线性误差。仿真与实测数据测试结果表明,本文算法具有良好的精度和收敛性,能够有效抑制磁偶极子跟踪中由于大初始误差导致的滤波发散,适于实际应用。

基于虚拟域预测控制的轨迹跟踪方法
樊钰, 闫梁, 朱武宣, 白广周
2017, 43(9): 1813-1823. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0751
摘要:

针对在线轨迹实时规划算法,提出了一种基于虚拟域预测控制的轨迹跟踪方法。该方法采用多项式近似系统模型,引入虚拟路径及反动力解算方法,将时域转化为虚拟域,较在时域上近似模型的控制方法解耦效果好,实时性强。通过反动力学解算、非线性规划的输入设置可直接得到连续的控制量,相对于传统非线性预测控制的软约束的方法,从根本上保证了控制量的连续性。以拦截弹道导弹为背景,在初始状态量添加小扰动及末端条件改变的条件下,进行仿真验证。结果表明:与非线性反馈跟踪方法相比,曲线平滑,在遭遇点脱靶量、末端路径倾角及偏角误差较小,实时性同样可满足控制需求。

氧化膏处理对2024-T3铝合金表面性能的影响
张琪, 李卫平, 王新坤, 冯剑波, 刘慧丛, 朱立群
2017, 43(9): 1824-1831. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0728
摘要:

针对铝合金蒙皮表面涂层修复对基材局部现场氧化处理的需求,研究了膏状氧化材料的调制方法,并探讨了氧化膏在2024-T3铝合金表面的成膜性能。通过扫描电镜、能谱、体视显微镜、点滴、电化学、接触角测试以及拉伸剪切实验考察了氧化膜的形貌和组成、耐蚀性能及粘接性能。实验表明,室温下铝合金表面经氧化膏处理后可快速生成氧化膜,膜层具有一定的微观孔洞结构,主要包含Al、F、Cr、O等元素;膜层耐蚀性与阿洛丁氧化液处理效果相近,与未氧化试样相比腐蚀电压由-0.898 V升至-0.880 V,腐蚀电流密度由2.582×10-5 A/cm2降至3.334×10-7 A/cm2,阻抗值由1.556×103Ω/cm2增至1.347×105 Ω/cm2;表面自由能和粘附功分别由32.7 mJ/cm2和36.3 mJ提高到55.7 mJ/cm2和109.7 mJ,拉伸剪切强度由11.7 MPa提升为15.0 MPa,结果表明氧化膜的形貌和组成有助于获得更好的界面结合力并改善基材的粘接性能。

基于灰色理论的复杂系统多故障模糊诊断
张弢, 王金波, 张涛, 王建敏
2017, 43(9): 1832-1840. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0703
摘要:

航天、核电等复杂系统源发故障概率通常难于获取,由此导致基于最大后验概率准则的诊断方法失效。针对上述问题,从测试可靠性先验概率入手,提出了一种基于相关矩阵和灰色系统理论的故障诊断方法,通过对系统建立故障-测试相关矩阵,生成有排序的测试报警概率矩阵,并利用灰色关联度衡量测试结果向量与故障特征向量的接近度,实现了对多发故障的模糊诊断。实验结果表明,该方法在诊断指标权重调整、诊断精细度、重点关注故障检出等方面优势明显,诊断结论正确率满足实用需求。

基于卷积神经网络的遥感图像舰船目标检测
黄洁, 姜志国, 张浩鹏, 姚远
2017, 43(9): 1841-1848. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0755
摘要:

针对遥感图像背景复杂、受环境因素影响大的问题,提出一种将卷积神经网络(CNN)与支持向量机(SVM)相结合的舰船目标检测方法,利用卷积神经网络可自主提取图像特征并进行学习的优点,避免了复杂的特征选择和提取过程,在复杂海况背景图像的处理中体现出较优的性能;同时,由于军舰样本获取难度大,应用迁移学习的概念,利用大量民船样本辅助军舰目标的检测,取得较好的效果。通过参数调整与实验验证,此方法在自行建立的测试集上检测率达到90.59%,对光照、环境等外界因素具有一定程度的鲁棒性。

弹性前掠翼开裂式方向舵操纵特性分析
马斌麟, 苏新兵, 冯浩洋, 王宁, 张亚光
2017, 43(9): 1849-1858. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2017.0142
摘要:

针对机翼弹性变形对前掠翼(FSW)飞行器开裂式方向舵操纵特性的影响,基于计算流体力学/计算结构力学(CFD/CSD)松耦合静气动弹性数值计算方法,计算了亚声速条件下刚性和弹性前掠机翼开裂式方向舵的操纵特性,并分析了机翼弯扭变形对方向舵操纵特性的影响。计算结果表明,右侧开裂式方向舵打开后,与刚性翼相比,弹性翼的失速迎角提前约2°,达到最大升阻比的迎角提前约1°,小迎角时偏航作用增强,出现右滚力矩和滚转力矩"凹坑"现象,大迎角时偏航规律趋势提前约8°,滚转作用加剧;侧滑角增大时,偏航力矩减小的幅度大于刚性翼,滚转力矩完全反效;舵偏角增大时,偏航力矩的增幅小于刚性翼。经比较,在弹性变形影响下,弹性前掠翼的开裂式方向舵操纵特性与刚性前掠翼有明显区别。

全自动快换装置精准对接技术
汤志东, 贠超
2017, 43(9): 1859-1872. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0688
摘要:

当抢险救援机器人腕部的全自动快换装置(full-AQHCD)自动锁紧属具接口即下耦合件(LCP)时,要同步精准对接和自动接通下耦合件的液压管路,为此,分别提出了数字量测量条件下和模拟量测量条件下精准对接理论(PDT),分别用于指导产品阶段和样机阶段的生产。产品阶段的精准对接理论是:把全自动快换装置视为被动目标,把下耦合件视为主动目标;通过4个耦合点实现全自动快换装置与下耦合件的连接;通过测量分别建立被动目标坐标系(X1O1Y1)、主动目标坐标系(X2O2Y2)与精准对接坐标系(XOY)之间的位姿关系;将被动目标对接点X1O1Y1坐标变换到XOY坐标,再变换到主动目标对接点X2O2Y2坐标;根据主动目标对接点X2O2Y2坐标对主动目标对接点进行调姿以实现精准对接被动目标对接点;最后固定主动目标对接点。样机阶段的精准对接理论是:把全自动快换装置视为被动目标,把下耦合件视为主动目标;不完工被动目标布线舱,从而暴露出工作舱类似扳手空间的操作空间;通过4个耦合点实现全自动快换装置与下耦合件的连接;另外布置油源,在操作空间中先"对接"液压管路,再"测量、调姿和最后固定"主动目标的液压管路;完工被动目标布线舱。对上述2种条件下理论进行了仿真验证。

低空自由飞行短期冲突探测算法
刘洋, 向锦武, 罗漳平, 金万增
2017, 43(9): 1873-1881. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0687
摘要:

针对低空自由飞行航线自主的特点,提出了一种概率型的短期冲突探测算法。算法考虑导航误差、控制误差及风扰动引起的飞行器位置预测误差,建立了合理的误差模型,以计算短期内飞行器之间的瞬时冲突概率;采用坐标变换以及扩展冲突区域,提出了三维空间内机动飞行情况下,计算冲突概率的近似解析算法。通过与Paielli和Erzberger(P&E)提出的近似算法及Monte Carlo仿真算法的比较,表明本文算法提高了计算冲突概率的准确性,且计算复杂性远远低于Monte Carlo算法,满足低空自由飞行的实时性要求,可实现复杂环境下的冲突探测。

非标称对流层误差对GBAS完好性的影响
辛蒲敏, 王志鹏
2017, 43(9): 1882-1890. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0665
摘要:

地基增强系统(GBAS)中,非标称对流层误差引起的平均垂直保护级(VPL)增量为2.29 m,误差包络精度降低,系统完好性风险增大。针对上述问题,基于修正的Hopfield模型,综合考虑天气和卫星仰角实时变化情况,以及飞机与地面站的实时距离,提出一种实时计算非标称对流层误差的方法;鉴于该方法对甚高频频数据播发(VDB)传输带宽要求较高,提出拟合计算方法,将实时误差拟合为距离和卫星仰角的函数。仿真计算单点、进近区和终端区3种飞行场景下的VPL,分析非标称对流层误差对GBAS完好性的影响,结果表明:采用实时计算方法时,平均VPL增量为1.55 m,非标称对流层误差的包络精度提高32.52%;采用拟合计算方法时,平均VPL增量为1.27 m,包络精度提高44.54%,VDB传输数据减少,GBAS完好性风险降低。

高抗扰高精度无人机着舰纵向飞行控制
刘宪飞, 王勇, 张代兵
2017, 43(9): 1891-1899. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0679
摘要:

针对无人机着舰过程中舰尾流扰动和甲板运动扰动对着舰点散布的影响,对复杂着舰环境下的无人机着舰纵向控制策略、控制结构和控制律参数设计方法进行研究。针对常规控制结构抗扰能力不足的问题,提出了无人机着舰纵向多操纵面平衡态直接力控制(DFC)策略及控制结构。提出了面向着舰点散布的控制律参数优化设计方法,该方法在保证系统满足稳定裕度指标的基础上,综合考虑了舰尾流扰动和甲板运动扰动对着舰点散布的影响,使2种扰动造成的着舰点散布最小。构建控制律参数优化设计问题,通过粒子群优化(PSO)算法进行优化设计,得到高抗扰性能的控制律参数。在控制律参数优化中考虑舰尾流和甲板运动的功率谱密度分布,使设计更具有针对性,减小了控制律设计的保守性,进一步提高控制的抗扰性能。算例设计及仿真验证了多操纵面平衡态DFC控制结构在抵抗舰尾流扰动和甲板运动扰动方面的优异性能,并证明了所提控制律参数设计方法的有效性。

整体叶盘叶片焊缝裂纹相控阵超声检测
马立印, 李洋, 周正干
2017, 43(9): 1900-1908. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0683
摘要:

裂纹是线性摩擦焊整体叶盘结构制造过程中叶片焊缝区域常见的缺陷类型之一。由于叶片焊缝区域结构复杂且裂纹缺陷尺寸小,因此焊缝区域裂纹缺陷的检测难度大。为了满足新工艺的应用要求,研究了焊缝区域的相控阵超声全覆盖检测方法,建立了焊缝区域相控阵超声检测的有限元仿真模型,研究了裂纹特征参数和声束聚焦点位置对检测方案的影响,验证了检测方案的可行性与正确性。构建了机器人化的相控阵超声检测系统,模拟了声束在线性摩擦焊叶片试样中的传播过程,实现了对叶片中预制裂纹缺陷的识别。研究结果表明,设计的检测方案能够满足叶片快速检测的要求。

钛合金蜂窝蒙皮脱焊线性调频激励红外检测
范瑾, 赵翰学, 李根, 周正干
2017, 43(9): 1909-1916. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0684
摘要:

变蒙皮厚度的钛合金蜂窝在航空航天领域有着广泛的应用,蒙皮脱焊是钛合金蜂窝结构最常见的缺陷类型之一。传统锁相红外检测由于调制频率单一,不能对变蒙皮厚度的蒙皮脱焊实现一次性检测,检测效率低。针对这一问题,研究了线性调频激励红外检测以及激励参数选择方法。使用ANSYS建立了钛合金蜂窝有限元仿真模型,通过相关算法计算了对应脱焊区域和正常区域的相位差,分析了频带范围、啁啾时间对相位差绝对值最大值的影响以及蒙皮厚度与相位差绝对值最大值所在频率成分的关系。利用线性调频激励对预制脱焊缺陷的蜂窝试样进行了实验研究,获得了不同频带范围和不同啁啾时间下的相位图。实验结果表明,采用频带范围为0.01~0.21 Hz,啁啾时间为22 s的线性调频信号可以对蒙皮厚度为0.6~1.2 mm的钛合金蜂窝实现一次性检测,为钛合金蜂窝结构的实际检测提供了工艺指导。

POCET最优相位搜索的数值算法
张美君, 寇艳红
2017, 43(9): 1917-1923. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0701
摘要:

现代化的卫星导航信号要求在星上高功率放大器之前恒包络复用同频点甚至临近的双频点/三频点的多个导航信号分量。最优相位恒包络发射(POCET)技术能够恒包络复用任意路数信号且达到最高复用效率。已见诸报道的POCET最优相位搜索的数值算法存在计算量大、收敛速度慢、当迭代点远离最优解或要求提高计算精度时难以收敛到局部最优解等问题。针对导航信号最优恒包络复用论证的需求,首先在优化目标函数中引入增广拉格朗日乘子法以解决当终止误差减小无法收敛到局部最优解的问题;其次对于搜索步长的确定摈弃了已有的精确线搜索算法而采用基于Armijo准则的非精确线搜索算法,并比较研究了最速下降法、共轭梯度法、拟牛顿法(包括BFGS法和对称秩1法)等多种搜索方向优化算法的优缺点和适用性;最后通过对BDS B1频点不同功率分配下的最优相位搜索和合成损耗评估,验证了改进后算法的精度高、计算量小、收敛性强等优点,为导航信号调制复用方案的设计和优化提供参考。

空间站大气环控系统应急运行策略优化
陈云鹏, 庞丽萍, 尹永利, 李国相, 王浚
2017, 43(9): 1924-1930. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0664
摘要:

空间站大气环控系统(ECS)由多个相互耦合的子系统组成,主要控制舱室气体成分和环境参数,对保障航天员生命安全具有重要意义。该系统正常运行严重依赖于供电系统的工作稳定性,因此长期在轨运行要求ECS应具有适应供电不足的应急运行能力。针对可能面临的供电不足情况,开展了大气ECS应急运行策略优化研究。为了研究出多约束多目标优化问题,首先建立了大气ECS物质、能量和功耗模型,并提出了非再生物资使用时长评估函数。其次以非再生物资使用时长最大和电能需求最小为目标函数,以子系统可调的运行参数为优化参数,在舱室五大环境参数的约束下,采用快速非支配排序遗传算法-Ⅱ(NSGA-Ⅱ)获得了ECS Pareto最优解集,进而获得了Pareto最优前沿(POF)。由于多目标函数具有相同重要性,最终可从POF上获得了大气ECS应急运行策略。优化研究结果表明:该方法能够确定不足电能情况下各子系统的应急电能最优分配方案,从而确定出应急时的子系统最优重构运行方案,以保证最大系统使用时长和最小电能需求的要求。

碳纤维轴向导热性能表征及其影响因素
王婷婷, 顾轶卓, 王绍凯, 李敏, 方泽农, 张佐光
2017, 43(9): 1931-1938. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0757
摘要:

对比分析了采用碳纤维集束和基于单向复合材料的碳纤维轴向导热性能测试方法的差异性,研究了纤维体积分数、试样厚度等对导热测试的影响,分析了聚丙烯腈基高强型、高模型碳纤维和中间相沥青基碳纤维对该测试方法的适用性,考察了碳纤维轴向导热性能与其结构关联规律。结果表明,由于纤维向树脂的传热作用,单向复合材料试样比碳纤维集束试样具有更低的热扩散系数,采用碳纤维集束试样可获得准确的纤维导热系数,而基于单向复合材料计算得到的纤维导热系数偏高。纤维体积分数越高、试样厚度越大,基于单向复合材料计算得到的碳碳纤维导热系数越大;采用碳纤维集束试样测试碳纤维导热系数时,碳纤维体积分数变化对碳纤维热扩散系数、导热系数测试结果影响不大。中间相沥青基碳纤维、高模型碳纤维、高强型碳纤维导热系数依次降低,晶面间距越小、晶粒尺寸越大,碳纤维导热系数越高。研究结果对准确表征碳纤维导热性能、设计高导热复合材料具有重要指导意义。

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