三维引力辅助解析分析方法研究

针对星际探测中的引力辅助技术,基于二体问题,导出了三维引力辅助前后飞行器速度、能量、角动量和轨道倾角与引力辅助参数之间的解析公式. 以进行木星引力辅助为例,将解析公式计算的结果与基于圆型限制性三体问题的数值仿真结果进行了对比,各项绝对误差小于0.01,除极少数情况外,相对误差均小于0.7%. 分析结果表明导出的解析公式与实际情况对比具有较高的精度,可以满足引力辅助轨道初步设计的需要. 为了讨论和应用上的方便,对导出的公式进行了简化,据此进一步讨论了引力辅助参数对引力辅助效果的影响.     

气动力辅助变轨与最优控制研究进展

低成本空间运输是实现人类对太空探索和开发的重要关键之一. 利用气动力的变轨技术, 在大气层的很多变轨任务中可以增加有效载荷质量. 气动力辅助变轨(AOT)和最优控制理论, 尽管早在20世纪60年代就已经开始研究, 但是到现今仍然处于发展中.特别是由推力协同变轨所导致的奇异最优控制问题到目前尚没有完全解决. 研究这些理论的目的是为了确立那些精确分析方法, 以确定在给定约束条件下的最佳策略. 从AOT轨道的精确控制需要和消除各种来源的误差影响看, 至关重要的是制导方案的研究. 一个历史的审视和对这个领域的最新研究都在本文里作出讨论, 由此AOT飞行器的未来研发将为人类开辟通向宇宙之路.      

气动力辅助变轨的数值模拟

采用了航天器在行星上层大气中进行高超声速飞行时的轨道动力学方程,针对航天器从地球静止轨道转移到一个共面圆形低地轨道的变轨过程,进行了气动力辅助变轨过程的模拟.在变轨过程中,航天器从地球静止轨道开始,经过8次大气路径,耗时43.7小时,到达圆形低地轨道,与霍曼转移进行对比,其所消耗的推进剂质量仅为霍曼转移的41%.研究结果表明:气动力辅助变轨技术能够在降低推进剂消耗的情况下实现航天器的轨道转移.     

地球-火星引力辅助下的地-火无动力循环轨道

针对火星探测任务,提出一种地-火无动力循环轨道设计方法。该方法有望实现火星探测的自由返回,并能够多次无动力地火往返。本文首先求解地火之间转移的Lambert问题,考虑地球和火星引力辅助效应,并分别给出以地球和火星为中心的半圈转移轨道。其次,以该轨道作为辅助轨道,设计搜索能够实现无动力循环的发射窗口和转移轨道。最后,本文给出效率较高的几种无动力循环轨道,希望对未来火星探测的任务设计有一定指导意义。     

脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积TiN和TiCN薄膜摩擦磨损特性研究

对比研究了脉冲直流等离子体辅助化学气相沉积TiN和TiCN薄膜的摩擦磨损特性，用扫描电子显微镜、X射线衍射仪及销-盘摩擦磨损试验机分析薄膜形貌和结合力，考察了不同沉积条件下2种薄膜的摩擦磨损过程及其影响因素．结果表明，TiCN薄膜具有较高硬度、良好的膜基结合力，相对于TiN薄膜而言表现出更低的摩擦系数和更好的耐磨性能．在实际使用中应注重成分和结构优化设计，以保证薄膜具有良优良的减摩性能．     

各向异性弹性体光滑接触界面上的滑移脉冲波

利用Stroh公式,Fourier分析和奇异积分方程技术研究了两各向异性弹性半空间光滑接触可分离界面上滑移脉冲波的存在及其传播特性。结果表明,如果至少能在一种介质中存在Rayleigh波,且其波速小于两种介质中的最小极限速度,则滑移脉冲波就可以存在。这种脉冲波传播速度不确定,可在最小极限波速与较低的Rayleigh波速之间取值,而该取值范围又取决于无界面分离情况下的第一、第二滑移波的解。分离区大小取决于扰动的强度,界面法向力和质点速度在分离区两端有 1 /2奇异性。     

基于三维数字图像相关的三维形貌拼接研究

三维数字图像相关(DIC)方法已在众多工程技术领域中得到了日益广泛的应用.当该方法用来测试表面曲率较大的物体的变形时,受双相机之间夹角的限制,不能实现全场的三维形貌测量.采用在两个(及以上)不同位置拍摄,分别得到被测物的局部形貌,然后用三维DIC算法计算局部坐标系之间的坐标变换关系,将局部形貌转换至同一坐标系下并拼接得到被测物全场三维形貌.实验结果验证了该方法的可行性和可靠性.     

脉冲辐照下三维多向碳纤维编织复合材料热激波的实验研究

在“闪光二号”脉冲电子束加速器上,采用自行研制的保护环式石英压电传感器,对三维多向碳纤维编织复合材料的热激波传播特性开展了实验研究。结果表明: (1)在电子束能注量为382J/cm2 ~953J/cm2范围内,三维编织复合材料的热激波应力峰值在 97~406MPa之间,只是相同能注量下Ly-12铝的 8%左右,这表明该材料具有良好的衰减热激波的性能; (2)三维编织复合材料中的热激波,其波速较低(大约为 2. 78~3. 45km/s),只是Ly-12铝的 0. 4倍左右,其波形上升时间也比Ly-12铝的大; (3)热激波强度和能注量间近似有线性关系,但烧蚀质量却随能注量增加而增加,当能注量足够高时,质量亏损面密度几乎以指数方式增加。     

功能梯度材料板件三维分析的半解析梯度有限元法

将半解析有限元与梯度有限元相结合,形成一种半解析梯度有限元来求解功能梯度材料板件问题。该方法兼有有限元法的适应性强、程序统一,半解析有限元法的节省单元与计算工作量,梯度有限元法的适应构件内部材料性能任意梯度分布等特点,并实现用一维数值计算给出构件三维分析结果。算例分析表明了方法的精度、功能与上述特点,充分揭示了功能梯度材料板件力学响应的三维形态。半解析梯度有限元法可推广应用到其他功能梯度材料面结构的各类分析中。     

多管脉冲爆轰发动机外三维流场的数值计算

为研究多管脉冲爆轰发动机黏性外流场变化特点,推导了三维黏性CE/SE方法,并对7管脉冲爆轰发动机的内、外流场进行了数值计算. 7个爆轰管的排列方式是1个居中、另外6个绕其形成环状排列. 管内流场采用一维模型进行处理; 管外流场采用三维模型进行计算, 得到多管脉冲爆轰发动机黏性外流场的变化规律. 计算结果表明,此多管脉冲爆轰发动机黏性外流场中存在旋涡及多道相互作用的激波与膨胀波, 该结果对多管脉冲爆轰发动机外流场特性研究具有一定的参考价值.