航天重大工程中的力学问题

近年来,我国航天重大工程蓬勃发展,航天工程中新的力学问题不断涌现,开展航天工程力学问题研究在航天技术的发展中起到举足轻重的作用。随着航天器朝着超高速、深空探测、多功能方向的发展,其面临的发射和运行环境也更加恶劣,发射过程中的多场耦合、非线性等问题更加突出。大阵面、大挠性的航天器对在轨结构展开、模态辨识、刚柔耦合控制提出新的要求,而高精度、高分辨率的观测需求,为航天器在轨微振动、热致振动的研究带来了新的课题。同时,这一系列的问题也对航天器的地面试验和仿真分析等提出了更高的要求,在这些领域,各国学者也积累了一定的成果。本文概括介绍了近年来航天重大工程中出现的新的力学问题,从航天器的发射、在轨运行、地面仿真和试验等方面对航天工程中的力学问题进行了综述。内容主要集中在耦合动力学、空气动力学、多体动力学、结构动力学以及试验力学等方面,同时提出了工程中力学方面所面临的问题以及下一步的发展方向。     

Mechanical problems in momentous projects of aerospace engineering

近年来, 我国航天重大工程蓬勃发展, 航天工程中新的力学问题不断涌现, 开展航天工程力学问题研究在航天技术的发展中起到举足轻重的作用.随着航天器朝着超高速、深空探测、多功能方向的发展, 其面临的发射和运行环境也更加恶劣, 发射过程中的多场耦合、非线性等问题更加突出. 大阵面、大挠性的航天器对在轨结构展开、模态辨识、刚柔耦合控制提出新的要求, 而高精度、高分辨率的观测需求, 为航天器在轨微振动、热致振动的研究带来了新的课题. 同时, 这一系列的问题也对航天器的地面试验和仿真分析等提出了更高的要求, 在这些领域, 各国学者也积累了一定的成果. 本文概括介绍了近年来航天重大工程中出现的新的力学问题, 从航天器的发射、在轨运行、地面仿真和试验等方面对航天工程中的力学问题进行了综述. 内容主要集中在耦合动力学、空气动力学、多体动力学、结构动力学以及试验力学等方面, 同时提出了工程中力学方面所面临的问题以及下一步的发展方向.     

航天重大工程中的力学问题

近年来,我国航天重大工程蓬勃发展,航天工程中新的力学问题不断涌现,开展航天工程力学问题研究在航天技术的发展中起到举足轻重的作用.随着航天器朝着超高速、深空探测、多功能方向的发展,其面临的发射和运行环境也更加恶劣,发射过程中的多场耦合、非线性等问题更加突出.大阵面、大挠性的航天器对在轨结构展开、模态辨识、刚柔耦合控制提出新的要求,而高精度、高分辨率的观测需求,为航天器在轨微振动、热致振动的研究带来了新的课题.同时,这一系列的问题也对航天器的地面试验和仿真分析等提出了更高的要求,在这些领域,各国学者也积累了一定的成果.本文概括介绍了近年来航天重大工程中出现的新的力学问题,从航天器的发射、在轨运行、地面仿真和试验等方面对航天工程中的力学问题进行了综述.内容主要集中在耦合动力学、空气动力学、多体动力学、结构动力学以及试验力学等方面,同时提出了工程中力学方面所面临的问题以及下一步的发展方向.     

航天动力学软件发展评述

航天动力学软件是航天动力学理论与工程实践联通的桥梁,可以显著提高航天任务分析设计效率和水平.国际上已有一系列成熟的软件但多对我国禁运.近年来国内在航天动力学理论研究与工程应用方面均有长足发展,但成熟航天动力学软件方面几乎还是空白.本文从航天任务仿真分析和航天器轨迹优化两个方面综述国际上航天动力学软件的发展情况,着重介绍了典型的开源和商业软件,包括JAT,STK,Freeflyer,POST和ASTOS等.简单评述了国内航天动力学软件的发展情况.总结了各类航天动力学软件的技术特点,给出了对我国研制成熟航天动力学软件的启示和初步建议.     

SURVEY OF ASTRODYNAMICS SOFTWARE DEVELOPMENT

航天动力学软件是航天动力学理论与工程实践联通的桥梁,可以显著提高航天任务分析设计效率和水平.国际上已有一系列成熟的软件但多对我国禁运.近年来国内在航天动力学理论研究与工程应用方面均有长足发展,但成熟航天动力学软件方面几乎还是空白.本文从航天任务仿真分析和航天器轨迹优化两个方面综述国际上航天动力学软件的发展情况,着重介绍了典型的开源和商业软件,包括JAT,STK,Freeflyer,POST和ASTOS等.简单评述了国内航天动力学软件的发展情况.总结了各类航天动力学软件的技术特点,给出了对我国研制成熟航天动力学软件的启示和初步建议.     

航天器动力学与控制的研究进展与展望

开展航天器动力学与控制的研究在航天技术的发展中起到举足轻重的作用, 其目的在于发展有效的方法促使航天器在各阶段平稳可靠地运行. 航天器技术发展迅速, 其形式日趋多样化, 功能与构造日趋复杂,已经向大型空间站、微小卫星、深空探测等方向发展. 航天器结构表现出多耦合、非线性、极端外界环境, 以及大尺度柔性结构等特征, 由此激发起航天器动力学与控制领域各方向的深入研究. 航天器动力学与控制的研究方法覆盖理论分析、数值仿真, 以及实验模拟等诸多方面, 研究内容十分丰富. 本文概括介绍了近年来航天器动力学与控制研究方面的发展状况, 综述了跨航天器动力学与控制、航天器系统级动力学与振动控制、航天器部件级动力学与振动控制等航天领域中的若干基础问题. 内容主要集中于航天领域中不同应用范围、不同层次结构的航天器动力学模型的建立和动力学响应与振动控制的研究方法及已取得的成果. 最后, 提出了该领域中值得进一步考虑的科学问题及未来的发展方向.      

多体充液复杂大系统动力学与航天高技术

本文结合航天高科技的研究项目，首先论述了充液复杂大系统动力学与控制研究的理论方法和数值仿真等，进而对大型充液复杂航天器的实验研究作了分析，另外还表述了航天高技术的社会效益和经济效益等；这是当前国际上的前沿课题，也是一般力学、航天器动力学与控制研究的重点项目之一。     

充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的研究与应用

随着火箭运载能力、卫星工作寿命和深空探测器任务复杂度的不断提高, 液体推进剂占航天器总质量的比重也不断增加. 液体推进剂的晃动影响着航天器的运动稳定性和姿轨控系统的可靠性, 是航天器动力学中一个备受关注的问题. 充液航天器中晃动的液体是一个分布参数系统, 理论上是无穷维的, 而工程上希望建立的数学模型是简单、低维的, 因此对液体晃动等效力学模型的研究经久不衰. 另外, 液体推进剂对航天器的结构动特性有着重要的影响, 在建立充液航天器的结构动力学模型时需要考虑液体推进剂与贮箱等结构的耦合效应. 本文首先结合液体晃动动力学理论和航天工程实际, 从理论研究、数值研究和实验研究等三个方面综述了国内外在充液航天器液体晃动动力学领域的研究现状, 并以此为基础介绍了航天工程中液体晃动等效力学模型的应用进展情况; 然后, 以液体运载火箭为例概述了国内外在充液航天器液固耦合建模方面的成果,介绍了求解液固耦合问题的数值方法和应用软件; 最后, 根据航天器工程的发展需求, 对充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的进一步研究方向提出了一些建议.      

航天器轨道动力学之“动”在何处?

正1何谓轨道动力学?航天器轨道动力学是航天领域的一门基础学科,是天体力学在航天领域的具体应用,主要研究在万有引力及其他外力作用下航天器的运动特性及控制规律~([1]).这门学科涉及大量数学和经典力学方面的内容,但一般不涉及相对论和量子力学,因此就其抽象程度而言并不特别复杂.然而这并不意味着航天器轨道动力学是容易学习的,尤其是它里面包含了很多与我们直觉相悖的内容.举个最简单的例子.假如在围绕地球的同一条     

航天测量船船体变形摄像测量技术研究进展

航天测量船是一座海上活动测控站,在辽阔的海洋上对导弹、航天器进行跟踪、测量和控制.航天测量船在海上工作状态下,随着航速、航向的变化,以及海浪冲击、温度变化等影响,会产生不可忽视的弹性变形.这种变形会带来航天测量船的测量误差,特别是雷达和光电经纬仪等测控设备相对船体基准的动态变形,如果不能测量并修正,这些设备就无法完成高精度测量的任务[1].     

Pointwise Explosive-Induced Pyroshock Wave Prediction Based on Numerical Conditioning of Laser Shocks

A pointwise explosive-induced pyroshock prediction scheme based on the numerical conditioning of laser shocks is proposed to nondestructively predict a point source pyroshock at any point. In the pyroshock prediction scheme, the estimation models of the subband envelopes of pyroshocks incorporated into the signal processing algorithm were used to numerically condition the laser shocks. The conditioned laser shocks showed the ability to predict the SRS and time-domain waveform of pyroshock signals at any point with the averaged mean acceleration difference (MAD) of 27.25 % and the averaged peak-to-peak acceleration difference (PAD) of 18.13 % respectively. Using the prediction scheme, two-dimensional (2-D) spatial conditioned laser shocks were obtained and used to visualize the pyroshock wave propagation in an interest area of 100?×?100 mm².     

航天器全频域力学环境预示技术研究进展

航天器力学环境预示对于总体设计、结构与机构分系统设计是至关重要的, 特别是对于首发型号, 往往缺乏相似型号的遥测数据参考, 使得有效的预示成为地面试验方案和试验条件确定的主要依据. 航天器在发射段需要承受覆盖全频域的动态载荷, 不同频段的载荷和结构振动响应特性差异很大, 很难用单一的分析方法进行准确预示. 本文分别针对航天器发射力学环境的低频、高频、中频3 个频段, 介绍了国内外航天器全频域力学环境预示的主要方法及其工程应用的研究进展, 并提出了我国在该领域亟需解决的关键技术.      

热应力作用下结构声-振耦合响应数值分析

考察飞行器结构热应力对结构及其内声腔声-振耦合特性的影响,建立考虑热应力因素的声-振耦合动力学有限元方程,对一个典型飞行器结构考虑热应力时的声-振耦合动力学响应进行分析。计算结果表明,热应力的存在对耦合模型的固有频率影响较小,受热应力影响较大的区域主要集中在机头及机身等部位,其固有振动特性有较明显的变化。通过对比结构加速度与内声腔声压级的响应结果发现,热应力的影响主要表现为系统响应幅值及峰值位置的改变。     

耳鼻咽喉器官生物力学模型研究进展

耳鼻咽喉都是直接接触外界环境的器官,其功能的实现和疾病与外界环境紧密相关.研究该部位器官的生物力学模型,对探索其在一定外界环境刺激下,功能实现的机理以及相关疾病的预测和治疗有重要的意义.本文对耳鼻咽喉器官生物力学模型的研究进展和临床医疗应用进行了介绍,并对以后的工作进行了展望.     

群体建筑风环境的数值模拟及分析

群体建筑的布局优化及结构抗风设计都需要准确预测建筑群的风环境．针对风环境研究的必要性, 将气体流场数值模拟(CFD)方法引入建筑群风场效应的预测和研究中,侧重模拟分析了建筑群的布局改变而引起的风速及风压场的变化,获得了特定情形下较合理的气动布局;同时表明数值模拟方法可以作为风洞试验的前期预测手段,并为群体建筑的布局优化及结构抗风设计提供科学依据．     

工程水文地质学及其在水电工程中的应用概述

工程水文地质问题产生于人类工程活动与地质环境中岩土体和地下水之间的相互制约和相互作用过程中,由于问题本身的复杂性,目前对这类问题的研究尚处于相对分散的单一研究状态,缺乏系统的从地质机制分析到地质模型抽象,进而由模拟再现到发展趋势预测以及治理措施论证的全过程研究。本文在系统分析、总结水电工程中水 -岩和水 -工程建筑的作用类型及特征基础上,认为可能出现的工程水文地质问题主要是;水库诱发地震、岩溶渗漏、库岸及高边坡的稳定、坝基、坝肩抗滑稳定、枢纽区深层承压水问题等。     

Large eddy simulation of aircraft wake vortex with self-adaptive grid method

A self-adaptive-grid method is applied to numerical simulation of the evolution of aircraft wake vortex with the large eddy simulation(LES). The Idaho Falls(IDF)measurement of run 9 case is simulated numerically and compared with that of the field experimental data. The comparison shows that the method is reliable in the complex atmospheric environment with crosswind and ground effect. In addition, six cases with different ambient atmospheric turbulences and Brunt V¨ais¨al¨a(BV) frequencies are computed with the LES. The main characteristics of vortex are appropriately simulated by the current method. The onset time of rapid decay and the descending of vortices are in agreement with the previous measurements and the numerical prediction. Also, secondary structures such as baroclinic vorticity and helical structures are also simulated.Only approximately 6 million grid points are needed in computation with the present method, while the number can be as large as 34 million when using a uniform mesh with the same core resolution. The self-adaptive-grid method is proved to be practical in the numerical research of aircraft wake vortex.     

当前环境工程地质领域的几个主要问题及研究对策

本文总结了当前环境工程地质领域几个急待研究解决的主要问题, 分析了这些问题的研究现状, 主要科学问题及研究对策。最后, 提出了研究解决这些问题的基本技术路线。     

The Hohenheim Tyre Model: A validated approach for the simulation of high volume tyres – Part II: Validation

This publication series describes the development of the Hohenheim Tyre Model – an approach that considers the properties of high volume, agricultural tyres. The research project was conducted in accordance with the V-Model, which proposes a standardised development methodology for mechatronic systems. The previous publication described amongst others the model structure and parameterisation. This paper elucidates the validation, which is an essential part of the V-Model. Validation received special attention and is divided into three parts. First, three-dimensional tyre behaviour on level surfaces was investigated. Within the second step, single tyre behaviour is validated during obstacle passages. Similar obstacles were then used in the final step that shows up the correlation between measured and simulated whole vehicle behaviour. Throughout the validation a very high level of accuracy is achieved.     

Interfacial kinematics and governing mechanisms under the influence of high strain rate impact conditions: Numerical computations of experimental observations

This paper investigates the complex interfacial kinematics and governing mechanisms during high speed impact conditions. A robust numerical modelling technique using Eulerian simulations are used to explain the material response of the interface subjected to a high strain rate collision during a magnetic pulse welding. The capability of this model is demonstrated using the predictions of interfacial kinematics and revealing the governing mechanical behaviours. Numerical predictions of wave formation resulted with the upward or downward jetting and complex interfacial mixing governed by wake and vortex instabilities corroborate the experimental observations. Moreover, the prediction of the material ejection during the simulation explains the experimentally observed deposited particles outside the welded region. Formations of internal cavities along the interface is also closely resemble the resulted confined heating at the vicinity of the interface appeared from those wake and vortex instabilities. These results are key features of this simulation that also explains the potential mechanisms in the defects formation at the interface. These results indicate that the Eulerian computation not only has the advantage of predicting the governing mechanisms, but also it offers a non-destructive approach to identify the interfacial defects in an impact welded joint.