针对地月测距反射器调整要求,开展了新一代激光反射器地月二维指向调整机构的轻量化设计研究。设计出一款俯仰-方位组合型二维指向调整机构,以超声电机为驱动源,根据质心平衡设计理论,设计质心使机构自身力矩平衡,减小负载对电机驱动力矩的要求,从而实现电机和组成部件的小型化和轻量化。制作出原理样机进行了实验验证,结果表明,其质量、尺寸、自锁和驱动性能均达项目要求,验证了质心设计理论的合理性,实现了对机构的轻量化设计,为高精度地月激光测距及空间指向机构轻量化设计提供了依据。

为了获取更多的风能,针对升力型垂直轴风力机趋于大型化设计而造成的垂直轴风力机起动困难的问题,提出了一种升阻复合型的新型垂直轴风力机.在保持其升力叶片不变的前提下,利用Fluent数值模拟,建立9种升阻复合风力机数值模型,研究了阻力叶片圆弧半径和相对主轴的距离对其起动性能与运行效率的影响规律.得到阻力叶片最佳的尺寸与位置组合后,与纯升力型的垂直轴风力机进行了比较.结果表明:在起动性能方面,阻力叶片圆弧半径与相对主轴的距离越大,风力机的起动性能越好.在运行效率方面,当尖速比为0.5~1.0时,阻力叶片圆弧半径和相对主轴的距离的变化,对风力机功率系数影响不大;当尖速比超过1.0之后,阻力叶片圆弧半径与相对主轴的距离变大,会使风力机的功率系数减小.升阻复合型风力机虽运行效率有所降低,但起动性能明显提升.

以一种屋顶H型垂直轴风力机为研究对象,采用计算流体动力学方法模拟了风轮在10 m/s风速下的功率系数曲线。提出以计算效率和精度作为功率系数数值计算方法适用性的评价指标,通过对比功率系数曲线的计算结果和实验数据,研究了湍流模型、网格单元形状和时间步长对功率系数计算适用性的影响。结果表明,计算H型垂直轴风力机功率系数时,采用SST k-ω湍流模型、四边形网格划分计算域,设置时间步长为风轮旋转0.5°所需时间,可获得较高的计算效率和计算精度。

为获得硬度高、耐磨性好、满足超声电机低速大力矩运行要求的摩擦材料，采用冷压烧结法制备玻璃纤维粉改性聚合物基摩擦材料，研究玻璃纤维粉体积分数对摩擦材料力学性能、超声电机性能以及摩擦学性能的影响。结果表明：玻璃纤维粉可以增大摩擦材料的弹性模量和硬度，降低材料冲击韧性；摩擦材料的摩擦因数随玻璃纤维粉体积分数的增加有明显提升；玻璃纤维粉可以改善摩擦材料的超声电机性能和耐磨性，随着玻璃纤维粉体积分数的增加。摩擦材料的超声电机驱动性能先提高后下降，材料的磨损机制由黏着磨损向较为严重的疲劳磨损转变。在文中研究范围内，玻璃纤维粉体积分数为30％时改性摩擦材料具有最好的超声电机驱动性能和耐磨性。