从竹筒粽子说起——浅谈火箭回收相关的航天原理

太空探索公司(SpaceX)成功回收"猎鹰9号"火箭第一级,点燃了大众对于火箭回收的关注热情.本文试图通过简单易懂的方式向大众介绍一些与火箭回收相关的航天原理,利用竹筒粽子这一生活中常见的事物解释宇宙第一速度、多级火箭、软着陆等科学概念.     

基于CV法的空间薄膜充气管的展开速度分析

为了有效控制充气薄膜结构模拟过程中的展开速度,本文首先从CV法(控制体积法)的基本理论入手,通过改变材料和结构的相关参数,对模型的设置进行了改进,以研究影响充气结构展开速度的因素;其次将两种不同充气速率对充气管展开速度影响的模拟结果与实验结果进行了对比,发现数值结果与实验结果趋势基本相同,从而验证了CV法的可行性;最后研究了材料参数、充气温度、排气面积等参数对充气管展开速度的影响。研究发现:充气速率越大,充气管的展开速度越大;材料的弹性模量影响较小;质量密度越大、温度越低、排气孔的面积越大,则充气管的展开速度越低。因此,从充气结构的材料本身和结构模型考虑,选用高密度材料、采用较低的充气温度、加大气囊的排气面积均能有效降低充气结构的展开速度,从而为充气结构的设计和应用提供参考。     

由运动曲面的方程能得到什么？

由运动曲面的方程能得到什么？翟大熙（华中理工大学，武汉４３００７４）在一本流体力学教科书中有一道习题：若可变椭球面是一个流体在ｔ时可能的边界面，设ｕ，ｖ，ｗ是边界面上的速度分量．试决定ｕ，ｖ，ｗ．而在一本习题集中，则以此题作为例题给予了解答，其解法如...     

外加交变电势对摩擦力影响的试验研究

对（Ｃｕ－４３Ｎｉ），（Ｃｕ－４３Ｎｉ）／ＴｉＮ和（Ｃｕ－４３Ｎｉ）／ＮｉＰ这３种摩擦副产生的热电势信呈作了频谱分析，并对三者进行了施加不同特性的交变电势信号的摩擦试验。结果表明，将交变电势旋加于３种摩擦副的均可降低摩擦力，降低程度与所加电势的幅值、波形及频率特性有关。     

结构可靠性分析方法——AFOSM的进一步精确化

给出了结构可靠性分析方法－改进一次二阶矩法（AFOSM）一套新的计算公式，并以纤维增强复合材料层合板结构为研究对象，运用随机有限元法（SFEM）数值计算方法分析各单层板的可靠性指标β。文中算例计算结果表明，本文给出的计算公式是合理的和有效的，而且用它所得计算结果比用原AFOSM所得结果更加精确。     

结构可靠性仿真方法研究简

可靠性仿真是对复杂结构系统进行可靠性分析计算最为有效的方法,引起了研究者越来越广泛的关注. 综合目前结构可靠性仿真方法研究现状,介绍了蒙特卡罗（Monte-Carlo,MC）法、极限状态方程重构法、随机有限元法（stochastic finite element method,SFEM）进行结构可靠性仿真计算的特点及发展现状,归纳了固体火箭发动机（solid rocket motor,SRM）结构可靠性的特点及当前进行仿真的方法;并在此基础上分析了目前结构可靠性仿真方法及对SRM 结构可靠性进行仿真分析计算时存在的不足及需要进一步研究的内容.     

0Cr18Ni9Ti-U71Mn摩擦副高速重载磨损行为的数值模拟

火箭橇是在专用轨道上利用火箭发动机作动力推动火箭滑车高速前进以获取试验测试数据的动态试验装备.火箭橇滑块在高速重载服役条件下的磨损严重威胁着火箭橇的可靠运行和服役安全,更是制约火箭橇发展和应用的技术瓶颈之一.本文作者基于Archard磨损模型和弹塑性变形理论,利用有限元开展了0Cr18Ni9Ti-U71Mn火箭橇摩擦副在高速重载下磨损行为的数值模拟. 0Cr18Ni9Ti为火箭橇滑块,U71Mn为火箭橇滑轨,在模拟速度为300、340和380 m/s以及载荷为2、3和4 kN,模拟了高速重载下滑块磨损特性的演变过程.结果表明：增加载荷或速度均出现了前端效应,致使前端区域更容易发生磨损.增加载荷不利于磨损阶段从初始磨损向稳定磨损的转变,而增加速度却能够起到促进作用.随着载荷的增加,滑块的磨损深度随平均接触压力的增大而显著上升;但随着速度的增加,平均接触压力呈现下降趋势,滑块磨损深度缓慢增大.高速重载条件下,通过控制载荷可以有效减少火箭橇滑块的磨损,延长滑块的服役寿命.     

几种金属氧化物填充聚四氟乙烯复合材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能

利用ＭＨＫ－５００型环－块磨损试验机，对分别以金属氧化物Ｐｂ３Ｏ４，ＰｂＯ和Ｃｕ２Ｏ（三者的添加量以体积分数计均为３０％）填充的聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）复合材料在干摩擦下与ＧＣｒ１５轴承钢对摩时的摩擦学性能进行了研究，并利用扫描电子显微镜和光学显微镜对几种材料的磨屑和磨损表面作了观察与分析，还对材料的磨损机理进行了探讨．结果表明，这３种填充ＰＴＦＥ复合材料的摩擦性能均与纯ＰＴＦＥ的基本相当，而它们的耐磨性都远比后者的好．在这３种复合材料中，以ＰＴＦＥ－３０％Ｐｂ３Ｏ４的摩擦学性能最好，即使在负荷４００Ｎ和速度１．５ｍ／ｓ条件下的耐磨性也依然良好，其磨损质量损失几乎比ＰＴＦＥ－３０％ＰｂＯ的低２个数量级．显微观察发现，分别以Ｐｂ３Ｏ４，ＰｂＯ和Ｃｕ２Ｏ填充的ＰＴＦＥ复合材料都发生了向偶件钢环表面的转移，形成了结合力较强、分布较均匀的摩擦转移膜，而且３种金属氧化物的填充都能提高材料的承载能力，阻止ＰＴＦＥ带状结构的大面积破坏，改变磨屑的形成机理，从而大幅度地降低了ＰＴＦＥ复合材料的磨损；复合材料ＰＴＦＥ－３０％Ｃｕ２Ｏ的磨损表面有垂直于滑动方向的裂纹萌生与扩展，使这种材料的机械强度和承载能力都降低，致使材料在较高     

横流冲击射流尾迹涡结构的实验研究

本文采用LIF（激光诱导荧光）流动显示和PIV（粒子图像速度场仪）测量对横流冲击射流的尾迹涡结构进行了实验研究。水槽实验是在三种流速比和两种冲击高度实验工况下进行的。由实验结果可得到两种明显的尾迹涡结构、，即射流尾迹涡和横流尾迹涡。横流冲击射流中形成的主要尾迹涡结构主要依赖于流速比。本文还对横流冲击射流近区范围内射流尾迹涡和横流尾迹涡的形成机理和演化特征进行了分析。     

单轨火箭橇靴-轨冲击响应传递特性研究

单轨火箭橇靴-轨的冲击响应是影响其运动过程中系统稳定性的主要问题。本文以单轨火箭橇为研究对象,采用有限元结构动力学仿真分析方法建立了非线性火箭橇-轨道耦合动力学模型;对比分析了理想平直轨和不平顺轨两种轨道模型条件下滑靴、卡环、发动机的振动量变化,并进行了火箭橇的试验验证和数据对比。结果表明:不平顺轨道对火箭橇靴-轨冲击响应振动加速度均方根值的影响大于理想平直轨道,滑靴处二者最大偏差为3～5倍,且随机振动特性显著;最大速度时刻的靴-轨冲击预测结果与实测值在侧向和竖向振动趋势上具有很好的一致性。研究结果为火箭橇结构优化设计及稳定性分析提供了理论依据和技术保障。     

高能炸药爆轰波反应区流场的拉格朗日分析方法

给出了一种简单的、对高能炸药爆轰反应区流场进行拉格朗日分析的方法。若已知未反应炸药和反应产物的状态方程，采用适当假设，我们可以在不知道反应速率函数的情况下得到爆轰反应区中的关系ｐ（）和ｕ（）等。根据这些关系及爆轰反应区中拉氏量计的实验结果ｐ（ｔ）［或ｕ（ｔ）］，通过插值或数据拟合可以得到爆轰反应区中的反应流场。我们将此方法应用于ＰＢＸ－９４０４炸药，并得到其爆轰反应区中的反应流场。     

实验研究具有周向抽吸轴对称射流的拟序结构

基于实验研究具有周向抽吸轴对称射流拟序结构的动力学行为,定义了临界出口主速度以及超临界工况（低速工况）和亚临界工况。提出了超临界工况下,拟序结构的空间演化特征。基于功率谱确定了超、亚临界工况流动系统发生自激励振荡的速度比范围。     

板壳问题解的上边界与下边界

板壳问题解的上边界与下边界朱宝安（天津，天津大学分校，３００１９２）关键词加权残值法，数学规划，单调性１引言若微分方程问题存在解ｕ（；，ｘ。，…，ｘ．）及两个近似解ｗ；（ｘｌ，ｚ：，…，。）和ｗ（。。，。。，…，Ｘ．），关于。的凸集大一（Ｘ；，Ｘ。，...     

火箭橇水刹车高速入水冲击数值模拟

针对目前对火箭橇水刹车高速撞水研究的不足,采用流固耦合方法进行了数值研究,得到了超空 泡、水隆起、溅水、水压力等水形态,获得了水刹车的速度、加速度和阻力系数随时间的变化曲线。研究表明: 水刹车刀片和侧板头部形成的超空泡对水阻力影响最大、水隆起影响次之、溅水则基本无影响,水刹车阶梯式 入水结构可以有效降低入水冲击力峰值。所采用的方法为火箭橇水刹车设计提供了依据,可为其他相关物体 高速入水问题研究提供参考。     

捷联惯导系统初始对准中Kalman参数优化方法

针对Kalman滤波器在捷联惯导系统（SINS）初始对准中的应用，系统分析了Kalman滤波器参数（包括估计误差协方差阵初值P0，模型噪声方差阵Q和量测噪声方差阵R）选取对系统状态变量的估计精度和收敛速度的影响。采用协方差性能分析法，进行了Kalman滤波器参数优化仿真，仿真结果表明：调整扁的取值可改变状态变量估计的收敛速度，调整Q或R的取值，既可改变状态变量（尤其是陀螺误差）的收敛速度又可改变它们的估计精度。综合考虑时，局的取值要比真实值大一些，Q和R的取值要比真实值小一些，这样既可缩短陀螺误差和加速度计偏置误差的估计时间，又可提高它们的估计精度。中还给出了使滤波器正常可靠工作的P0、Q和R参数的范围。     

绕旋转圆柱流动涡尾流结构和临界状态特性

采用作者提出的基于区域分解，有限差分法与涡法杂交的数值方法，结合高阶隐式差分格式，和以修正的不完全ＬＵ分解为预处理器的共轭梯度法作求解器，系统地研究了雷诺数Ｒｅ＝１０００，旋转速度比α∈（０．５，３．２５）范围内，绕旋转圆柱从突然起到充分发展，长时间内尾流旋涡结构和阻力，升力系数的变化规律，计算所得流动图案与实验流场显示符合很好。数值试验证帝了临界状态的存在，并首次给出了临界状态时的旋涡结构特性。     

双真空烘烤排气台的研制

分析了放电管稳定试验前的烘烤排气对等离子体焦点装置（DPF）试验结果的影响，介绍了双真空烘烤排气系统的设计思路和结构设计，试验结果说明了该装置在等离子体焦点装置试验中的重要性，具有潜在的实用价值。     

二进制码实数码及非一致变异对结构遗传设计的影响

讨论了在遗传设计中，二进制码、实数码及非一致变异策略对桁架结构优化的影响。指出普通实数码在求解重量最轻的最优桁架结构时，最佳适应度与收敛速度比二进制码优越，但平均适应度相差不大。采用非一致变异策略后，最佳适应度与平均适应度比普通实数码和二进制码都要好。说明了对于带约束的桁架结构优化采用非一致变异策略实数编码方法更加有效、方便。     

铁含量对铜—铁基摩擦材料性能的影响

研究了Ｃｕ－Ｆｅ基粉末冶金摩擦材料中Ｆｅ和Ｃｕ含量变化对材料机械及摩擦磨损性能的影响。结果表明：随Ｆｅ含量增加（Ｃｕ含量减少）,材料的抗弯强度、抗压强度及硬度逐渐增大,Ｆｅ质量分数为２０％时材料的摩擦系数高且平稳,摩损则较低。     

粘弹性夹心梁之阻尼测定

一、抑制结构共振的一种有效方法——约束阻尼层近代的一切运载工具,如轮船、舰艇、飞机。火箭等,由于要不断提高发动机的功率和速度,导致振动条件日益严重。过去在处理往复式和旋转式的机械振动问题时,由于振源是单频谐振力,所以多采用单频隔振器,单频吸振器或改变结构刚度、阻抗等办法避免结构发生共振。而现代运载工具的振源是宽频带随机的,一般