平流层软式飞艇的多参数敏感性分析

为研究各参数对平流层软式飞艇力学性能的影响,采用基于拉丁超立方抽样的全局灵敏度分析方法——Sobol’法对某平流层软式飞艇进行了多参数敏感性分析,统计分析了材料参数、荷载参数及外形参数对结构静力性能及自振特性的总体敏感度;采用单参数变化的思想,研究了主要敏感参数对结构最大等效应力、最大变形及自振频率的影响规律.结果表明:对于结构静力性能,蒙皮面密度及吊索相关参数的敏感度可以忽略不计;对于自振特性,吊索相关参数的敏感度可以忽略不计;增加长细比、蒙皮厚度、蒙皮弹性模量或减小径向最低点压差值可以有效地提高结构的局部力学性能;增加径向最低点压差值或减小长细比可有效提高结构腰部抗变形能力.     

杆模型的平流层飞艇蒙皮撕裂扩展分析

针对飞艇高强纤维增强型蒙皮材料,研究预制裂纹切口蒙皮的撕裂扩展行为,以纱线单元为基础,借助杆模型,考虑纱线结点的粘合力、经纬向纱线脱胶滑移时的摩擦力,从细观结构分析裂纹切口的扩展机理,并建立裂纹切口扩展的力学模型.结合拉伸撕裂试验,采用不同长度、不同位置及不同角度的预制裂纹切口蒙皮试样进行试验,以获得裂纹扩展撕裂值.最后用Matlab对裂纹切口蒙皮试样撕裂进行仿真,获得了所建模型的撕裂仿真值.试验所得裂纹切口蒙皮的撕裂值与仿真值基本吻合,验证了所建模型的适用性,为平流层飞艇蒙皮材料的抗撕裂性能设计提供基础研究.     

超高空低速飞行器的热环境特性

为了对超高空低速飞行器的热环境特性进行分析,建立了超高空低速飞行器的热环境分析模型.通过数值模拟研究了热辐射和对流对超高空低速飞行器热环境特性的影响.研究结果表明,飞行器表面吸收-辐射比越大,气流速度对超高空低速飞行器热效应的影响越大;飞行器表面辐射物性的变化可使飞行器蒙皮温度改变70 K.热辐射和对流换热均对飞行器的热特性有重要影响,飞行器蒙皮温度存在非均匀性并随时间变化.     

封面图片说明

<正>封面图片出自论文"平流层软式飞艇的多参数敏感性分析"。建立包含囊体、吊索及吊舱的某平流层软式飞艇的足尺模型,基于对结构静力及振动的分析研究,采用Sobol’法对其进行了多参数敏感性分析。图片显示了平流层软式飞艇的振动模态。由于结构处于无约束、无外荷载的飘浮状态,根据结构力     

特高压管廊GIL热特性的数值模拟

为研究管廊绝缘气体输电线路(gas-insulated transmission lines,GIL)的热特性影响因素,考虑外壳的电感效应和阻抗的温度效应,提出了含外部空气域GIL热特性的三维气热耦合有限元数值计算方法.针对苏通GIL综合管廊工程的特点,利用该方法研究空气流速、负载电流、环境温度、绝缘气体压强、表面辐射率5个因素对该GIL热特性的影响.计算结果表明:空气流速低于10 m/s时,增大空气流速可有效降低GIL温度,但随着空气流速的继续增大,降温效果下降;负载电流增加会导致GIL温度的急剧升高,且导体温升外壳,两者之间温差将增大;GIL温度与环境温度呈线性比例关系,而导体与外壳温差随环境温度的升高略有减小;绝缘气体压强在0.5 MPa时,增大气体压强有利于导体散热,但外壳温度变化0.5℃;增大外壳内表面或导体外表面的辐射率都将使导体温度降低,但外壳温度不变,同时导体温度对导体外表面的辐射率变化更为敏感.     

含发热元件密闭空间热电制冷器瞬态特性

为了研究密闭空间中发热元件对热电制冷器瞬态特性的影响,基于有限时间热力学理论,建立工作在含发热元件制冷空间中的热电制冷器计算模型.采用热阻网络分析方法,分析不同工况下关键参数对热电制冷器瞬态特性的影响,得到制冷空间温度、制冷系数、制冷量等性能参数随时间的变化规律.分别改变发热元件功率、工作电流、冷却水流速和填充系数,对比分析不同工况下的最低制冷温度和制冷系数变化,得到热电制冷器工作参数的瞬态特性.搭建水冷式热电制冷器的测试平台,开展密闭空间热电制冷器的瞬态特性测量实验.结果表明,当发热元件功率分别为0.95、4.85和13.3 W时,仿真计算温降分别为8.96、8.33和6.94 K,实验测得温降分别为6.75、5.63和4.00 K,温度变化趋势一致,验证了计算模型.     

车辆双筒式减振器热物性影响规律分析

为了探讨车辆减振器热物性对其温升的影响规律,建立了某车辆双筒液压充气减振器的热流量传递模型和物理传热模型,推导其导热、对流换热及辐射换热方程,通过热力学第一定律建立减振器热力学模型.利用迭代算法计算出此减振器达到热平衡时的温度和工作时间,并通过台架试验验证了建模的正确性,分析了减振器热物性对其温升的影响规律,最后进行了相关的灵敏度分析.研究结果表明减振器的4种热物性参数:油液密度、油液导热系数、油液比热容、缸体辐射发射率影响其温升特性,而缸体导热系数这一热物性参数对其温升特性无影响.     

平流层飞艇运动分析与仿真

针对平流层飞艇自主运行的需要,对其稳定性、能控性以及运动特性进行了研究.基于飞艇非线性动力学模型,利用线性化方法判断稳定性并分析了结构能控性;以线性化模型为基础,采用模态分析方法,研究其运动特性;采用仿真方法分析了扰动和控制作用下飞艇的运动特性.研究得到飞艇运动是不稳定的,同时飞艇是结构能控的,其纵向运动分为摆动、缓慢阻尼和快速阻尼3个模态,横侧向运动包括偏航振荡和滚动衰减2个模态.飞艇运动特性分析可作为实际飞艇控制的设计参考.     

封面图片说明

正第6期封面图片来自论文"参数化艇身阻力特性的全局敏感度及设计空间",是上海交通大学王晓亮形设计参数的维度、提高设计效率的研究.平流层飞艇檨檨副研究员课题组基于对降低平流层飞艇艇身外檨是一种能定点飞行、效费比高的平流层飞行器,能完成诸如中继通信、监察和运输等任务,具有极大的军事及民用价值,找到使艇身具有最小阻力系数的外形具有十分重要的意义.     

平流层飞艇的建模与辨识

首先，利用力学原理，建立了平流层飞艇动力学模型和运动学模型、螺旋桨推力模型、舵模型和气动力模型；其次，以水平直飞为基础运动，分析了飞艇速度和角速度状态对发动机转速输入和舵偏角输入的响应，从而得到近似的线性传递函数模型结构；第三，应用最小二乘递推算法对模型参数进行了辨识。仿真结果验证了建模和辨识方法的精确性；最后，对利用实际试飞数据进行飞艇模型的辨识提出了建议。     

基于ANSYS的气体介质电火花表面强化温度场分析

通过选取合适的热源模型、热边界条件,建立了气体介质中电火花表面强化加工的热传导模型;分析其温度场特点,建立了气体介质中电火花表面强化的二维温度场模型;并利用ANSYS有限元分析软件对气体介质中电火花表面强化的温度场进行了有限元数值模拟,分析了工件电极在不同时间、不同位置的温度场分布和变化规律,以及电火花加工时的电流参数对温度场的影响。结果表明:电火花表面强化层的放电凹坑主要是热量在材料中不同方向的热传导存在差异引起的,且具有快速加热和冷却的特点;在相同的加工速度下,节点的温度随着电流的升高而增大。     

考虑温度效应的路基粗粒填料亚塑性模型

为了研究温度效应对路基粗粒填料静力剪切特性的影响,对GDS大三轴试验系统进行温控模块升级,采用循环流体加热模式实现对试样温度的精准控制. 选取浙江省某路基采石场碎石填料进行饱和排水剪切试验,分析不同温度下低围压路基填料静力剪切特性. 基于试验数据,建立剪胀指数与围压之间的关系,对von Wolffersdorff亚塑性模型进行改进以反映路基填料在低围压下的剪胀性. 在此基础上,提出温度对粗粒填料剪胀性及强度影响的本构关系式,建立考虑温度效应的路基填料亚塑性模型. 研究表明,温度升高使密实路基填料表现出软化现象,峰值强度随温度升高而降低;路基填料围压越高,峰值强度随温度的衰减越明显;残余强度基本不受温度变化影响. 所建立的模型能够模拟低围压填料强度与围压的非线性关系,准确反映不同温度下密实路基填料的剪切特性,可以作为温度效应下粗粒土剪切特性模拟的有效工具.     

Analysis Method of Transient Temperature Field for Fuel Tank of High-Altitude Large UAV

In this paper the design and implementation of sixth-order lowpass elliptic switched-capacitor filter (SCF) for interface circuit of Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) sensor are presented. This work aims to lower total harmonic distortion (THD) without deteriorating other performances. After system design in Simulink, the filter is realized in transistor level and finally fabricated in Central Semiconductor Manufacturing Corporation (CSMC) 0.5 μm metal-oxide-semiconductor (CMOS) technology. Typical measured results are: it operates with 25:1 clock-to-corner frequency ratio and a 10 kHz maximum corner frequency. The maximum passband ripple is about 0.49 dB and the minimum stopband rejection is 40 dB for the temperature from -20 ℃ to 80 ℃. For the 250 kHz clock frequency setting, given the 1 kHz, -8 dBVrms input signal, the measured worst case THD is -64 dB. The active area of the chip is 2.8 mm² with 8 pads. The analog power dissipation is 10 mW from a 5 V power supply.     

精密数控机床主轴系统多物理场耦合热态特性

在综合分析数控机床主轴系统的边界条件的基础上,建立三维多物理场耦合流场-温度-结构场的稳态和瞬态热态特性分析模型,采用有限元分析法（FEM）进行仿真模拟.该模型考虑主轴系统各零部件的实际尺寸、零部件不同面的不同放置情况、外界空气在不同流动情况与不同定性温度下对分析结果的影响,考虑主轴系统在外加非圆截面弯管冷却液影响下的温度场分析情况.以某精密数控双磨头磨床主轴系统为例进行分析与实验验证.结果表明,提出的主轴系统多物理场耦合热态特性分析的模型与方法可以快速、有效以及较准确地获得主轴系统的热态特性.     

基于热弹流的滤波减速器转臂轴承润滑性能分析

由于载荷、接触几何、粗糙表面、热效应等因素的影响,分析不同工作条件下滤波减速器转臂轴承工作界面润滑状态较为困难,为了研究转臂轴承润滑性能,本文建立了转臂轴承的热弹流混合润滑模型。以静力学和运动学建立滤波减速器转臂轴承(球滚动体-滚动轴承）力学模型,结合点接触热弹流混合润滑理论建立轴承热弹流润滑模型,使用离散卷积快速傅里叶变换方法求解弹性变形和表面温升,使用有限差分法求解雷诺方程和能量方程,分析轴承接触副物理尺寸、载荷、卷吸速度和接触副粗糙表面等外部工况对轴承润滑特性以及表面下应力的影响。从数值模拟结果中可以看出：较大滚动体半径有益于轴承润滑油膜形成,提高轴承的承载能力;不同的机械加工表面下接触副平均膜厚和温度随转速和滑滚比变化趋势相同;轴承接触副润滑状态从混合润滑进入全膜润滑状态,油膜内最大温升先减小后增大;提高机械加工表面光洁度有利于提高转臂轴承润滑状态,减小最大表面下应力,提高表面接触强度。本文建立的转臂轴承热弹流混合润滑模型可以模拟接触和流体动压润滑同时存在的混合润滑状态,可以反映转臂轴承在各种工作条件下润滑性能,可以进一步判断其工作效率和使用寿命。     

平流层飞艇建模关键问题研究

飞艇为大惯性飞行器,其建模可以仿照普通飞行器的方法,但要多考虑一些问题:坐标原点取在体积中心而非重心引起的速度、重力及重力矩、转动惯量及惯性积的变换;由于大惯性导致的附加质量计算;飞艇升空及降落对浮力及飞艇质量的影响等。以此为基础,建立了飞艇的六自由度动力学模型。经仿真验证,模型能准确描述飞艇实际情况。     

建筑外墙饰面层内部缺陷红外热像法检测试验研究

利用红外热像仪对建筑外墙饰面层（包括砂浆饰面层和饰面砖饰面层）内部缺陷进行检测试验,研究饰面层内部缺陷在外部热源辐射下的表面温度变化特征,得出饰面层表面温度随时间、空间的分布及变化规律,并分析内部缺陷的厚度、面积大小、埋置深度等因素对红外热成像效果的影响.试验结果表明,厚度越大、面积越大、深度越浅的内部缺陷越容易被检测出来;缺陷沿其宽度方向的表面温度关于其最大温度点呈近似对称关系.基于试验结果,采用统计分析的方法建立了缺陷面积大小预测模型.     

Numerical and experimental evaluation on methods for parameter identification of thermal response tests

Several parameter identification methods of thermal response test were evaluated through numerical and experimental study. A three-dimensional finite-volume numerical model was established under the assumption that the soil thermal conductivity had been known in the simulation of thermal response test. The thermal response curve was firstly obtained through numerical calculation. Then, the accuracy of the numerical model was verified with measured data obtained through a thermal response test. Based on the numerical and experimental thermal response curves, the thermal conductivity of the soil was calculated by different parameter identification methods. The calculated results were compared with the assumed value and then the accuracy of these methods was evaluated. Furthermore, the effects of test time, variable data quality, borehole radius, initial ground temperature, and heat injection rate were analyzed. The results show that the method based on cylinder-source model has a low precision and the identified thermal conductivity decreases with an increase in borehole radius. For parameter estimation, the measuring accuracy of the initial temperature of the deep ground soil has greater effect on identified thermal conductivity.