芯片用金刚石增强金属基复合材料研究进展

随着电子设备集成化程度越来越高,对高导热封装材料的需求也越来越大,金刚石增强金属基复合材料凭借其高导热性能成为研究焦点。然而,由于金刚石颗粒与金属基体之间的不润湿特性,具有高导热性的金刚石增强金属基复合材料难以制备。文中综述了金刚石增强金属基复合材料的研究进展,包括界面改性、工艺参数优化和复合材料制备方法,并指出了金刚石增强金属基复合材料目前存在的问题和今后的研究方向。

弱刚性构件双机器人协同加工振动抑制方法

针对弱刚性航天器舱体壁板多任务并行加工的振动抑制需求,研究了弱刚性构件在切削激励作用下的振动产生、传播与耦合机理,提出了基于双加工激励相位差控制的弱刚性构件双机器人协同加工振动抑制方法,并以薄壁舱体壁板为对象进行了仿真与试验研究。结果表明,该方法能够有效实现振动抑制,验证了其正确性与有效性,为多机器人协同原位加工的复杂振动抑制难题提供了一种新思路。

柔性工装装夹下复合材料薄壁件铣边变形预测

针对复合材料薄壁件在阵列式柔性工装装夹下进行铣边加工的变形问题,通过有限元软件ABAQUS对其铣削过程进行模拟仿真。研究了POGO柱间距、POGO柱到边沿的边距,以及复材薄壁件主要纤维角度对铣边变形的影响规律。提出了柔性装夹时的薄壁件变形预测方法,可以有效预测间距、边距、角度等参数影响下的薄壁件的变形,对薄壁件边沿自重变形预测的误差值最大为3.6%,对薄壁件边沿外力变形预测的误差值最大为2.70%。

低轨多星编队的相对运动差分气动控制

针对低轨纳卫星轨道机动能力不足的问题,本文研究了主动利用星间差分气动力的控制方法,创新性地提出了基于迎风姿态调整的多星编队拓展方案,并通过局部区域线性化方法实现系统的线性控制.本文研究了卫星姿态角与气动力的映射关系,建立了差分阻力和升力耦合控制的星间相对运动线性欠驱动模型,分析了此系统可控性和干扰形式,采用线性矩阵不等式(LMI)方法设计了考虑输入受限的反馈控制律.最后,针对包含两种队形的四星编队进行仿真,结果表明,卫星相对运动的稳定控制精度达到±0.4m,验证了所提出多星编队气动控制方案的可行性以及控制算法的有效性.

入射光准直角对模拟式太敏的影响与精度补偿

针对模拟式太阳敏感器测量精度难以满足高精度姿态测量需求的问题,提出一种准直角特性影响补偿方法。在分析模拟式太阳敏感器主要测量误差源的基础上,构建了考虑入射光线准直角特性的测量误差模型,归纳准直角误差与光线入射方向之间的关系,从测量原理入手推导误差补偿算法,对准直角特性引入的误差影响进行精准补偿。仿真结果表明,所提算法对主要误差的补偿效果显著,在太阳敏感器的视场范围内平均测量精度由补偿前的0.0599°提高至补偿后的0.0094°,大幅提高了模拟式太阳敏感器的测量精度。

双机器人基准特征识别与位置补偿技术

针对自动化装配中由于产品制造、装夹和系统标定等多元累计误差造成的机器人加工位置不确定问题,提出基于线扫描仪双级模板匹配的基准特征识别和双机器人定位补偿算法。设计末端基准检测模块,实现基准孔点云获取;通过点云预处理、模板构建和双级模板匹配实现基准孔特征识别,确定圆心坐标;针对机翼中不同加工序列,利用直线式局部基准和四点式全局基准补偿方法实现双机器人协同位置补偿。针对系统基准检测精度和位置补偿效果进行验证试验。试验结果显示:系统基准检测精度达到0.048 mm,基准补偿后加工点位置精度提升了82.79%,满足机翼装配的精度指标。

航天器编队飞行相对运动轨迹优化方法综述

针对航天器编队飞行过程中存在的轨迹优化问题,首先系统综述其多种相对运动动力学模型,分类比较模型的特点,并考虑航天器运动环境和不同求解方法阐述编队轨迹优化问题。在建立数学优化模型的基础上描述该问题的一般形式,提出了航天器编队飞行相对运动轨迹优化问题的难点。综述航天器编队飞行构建或重构任务中轨迹优化问题的求解方法,总结分析其优缺点,并介绍常用的数学求解工具。最后,提出值得深入研究的关键技术需求和航天器编队飞行未来发展的重要方向。

含多壁碳纳米管的可炭化导电聚合物点火特性实验研究

针对微纳卫星混合推力器低功耗重复启动需求,提出了一种基于含多壁碳纳米管的可炭化导电聚合物的电弧点火技术。阐述了该可炭化导电聚合物的制备与加工过程,对可炭化导电聚合物的材料性能进行分析;搭建了相应的可视化点火诊断系统,对点火过程及其点火机理进行研究。在此基础上,分析了不同外部负载电压(40~60 V)和初始温度(-15~45℃)条件下,可炭化导电聚合物的点火特性。实验结果表明:添加碳纳米管可以显著提高聚合物的导电性能和导热性能,有效降低点火所需外部负载电压;可炭化导电聚合物在不同气体环境下的分解趋势基本一致,点火温度约为375℃;可炭化导电聚合物的整体点火过程主要包括热解潜伏阶段、混合与反应阶段、点火阶段以及传播阶段,残炭结构的生成及持续传热是实现点火的关键;提高负载电压及点火装药表面温度能够有效缩短点火延迟时间及减少点火所需的外部能量,但变化幅度随着电压和表面温度的升高而减小;负载电压和表面温度的大小对点火后的初始火焰传播影响过程不大。

阵列天线自适应装配系统设计

针对在传统装配模式下阵列天线存在装配状态不可知、装配过程不可控、装配一次成功率低等问题,在分析阵列天线装配需求的基础上,以模块化的形式详细设计一套阵列天线自适应装配装备,并对关键硬件进行选型与校核。设计并编写系统装配流程硬件控制方案与控制程序,结合Unity软件开发简易虚拟调试平台,实现了硬件状态实时同步、模型运动干涉仿真、三维仿真环境漫游等功能,验证了机械设计和运动控制方案的合理性。

航空航天结构轻量化设计制造技术发展现状与挑战

轻量化技术是指在满足结构性能需求的前提下,通过对材料、结构和制造工艺等方面的优化,减少结构质量的技术,已经成为新一代航空航天装备发展的关键技术之一。本文首先分析了轻量化技术的发展历程。其次,从设计原理、组成方式和优化方法角度,介绍了仿生结构设计、胞元结构设计和高效拓扑优化设计三类轻量化设计方法。然后,从轻量化制造工艺和模式的角度阐述了增材制造、协同制造和复合材料制造在航空航天结构轻量化制造中的应用。最后,讨论了轻量化技术面临的挑战和未来的发展。

基于悬垂识别的激光扫描路径分区域规划方法

扫描路径规划是激光选区熔化(SLM)增材制造技术的关键工艺策略,结合三维模型的显著结构特征实现工艺路径的规划,是改善零件成形质量的重要措施。提出了基于悬垂识别的SLM分区域路径规划方法,通过识别三维模型的悬垂特征区域,结合轮廓偏置算法实现成形区域的分割及扫描路径的规划。采用数值模拟与工艺实验相结合的方法,研究扫描线角度、层间旋转以及不同偏置距离等分区域路径规划参数对悬垂结构特征成形质量的影响规律。结果表明,当悬垂边偏置合理距离且该区域采用平行于悬垂边的扫描策略时,其悬垂边上的变形与残余应力最大可降低54%与73%。

基于元易创新和TextRank-RFM的技术创新路径识别与评价研究--以工业机器人为例

[目的/意义]旨在精准识别技术创新路径,为企业进行研发创新和攻克关键部件的技术问题提供科学参考。[方法/过程]基于元易创新理论,通过创新维度与创新法则耦合进行技术创新路径识别,提出TextRank-RFM算法对技术创新路径进行评价,根据专利创新要素的新颖性、出现频度与组合能力三个指标衡量潜在技术创新路径的实用价值,并以工业机器人领域为例验证该技术创新路径识别与评价模型的可行性。[结果/结论]构建的技术创新路径识别与评价模型可为企业创新发展提供一定的理论指导,且具有较强的实践意义。

金属材料电弧熔丝增材制造研究现状与质量改进方法

电弧熔丝增材制造(WAAM)是一种增材制造技术,近年来在工业上有很大的发展潜力。总结目前WAAM的研究现状和面临的挑战,并提出质量改进的方法。综述WAAM在表面质量、成形精度、显微组织、力学性能、残余应力和变形、孔隙及其他缺陷等方面的研究现状。从前处理、在线处理和后处理3个方面总结消除缺陷、改善显微组织和提高力学性能的方法。WAAM的广泛应用仍然存在许多挑战,可能需要从多个角度出发来实现WAAM的工业化应用。路径规划和切片算法的开发、在线监测系统与现有WAAM设备的结合、后处理技术的复合等将是未来的重点研究方向。

微纳卫星与非合作翻滚目标对接的模型预测控制

针对多约束下微纳卫星与非合作翻滚目标对接过程中的位置跟踪与姿态同步问题,设计了基于模型预测控制(MPC)的对接控制器。首先,考虑动力学耦合问题,建立了六自由度姿轨耦合相对动力学模型。然后,充分考虑了可能存在的实际工程约束,包括输入饱和约束、移动过程中的速度约束、追踪星光学设备视场约束、安全接近走廊约束等,设计了基于MPC的对接控制器,确保精确完成对接操作的同时尽量减少推进剂消耗以获得最优接近轨迹。最后,仿真结果说明了本文所提出控制策略的有效性和鲁棒性,所设计控制器可以在满足多种约束的基础上,实现微纳卫星对非合作翻滚目标的对接,并对干扰具有鲁棒性。

利用凸优化方法的多航天器编队重构轨迹规划

针对近地圆轨道多航天器编队重构问题,提出一种使用凸优化方法的编队重构最优轨迹规划方法。基于相对轨道根数(ROE)推导了航天器在非球形引力摄动与差异大气阻力摄动影响下的相对运动模型,考虑微小型航天器推力限制与重构过程中的安全距离等约束,建立了多航天器重构机动的凸优化数学模型,设计了利用CVX软件的最优重构轨迹求解方法,最后通过数值仿真验证了提出的轨迹优化方法。结果表明,该方法解决了在地球引力摄动与差异大气阻力摄动影响及推力缺失、幅值限制与安全距离等工程约束下的多航天器编队协同重构轨迹优化问题,并且计算速度更快、求解精度更高。可为多航天器协同编队重构提供理论基础。

航天器多约束交会的仅测角导航最优多目标闭环制导

研究了航天器多约束交会的仅测角导航最优多目标闭环制导问题,优化目标包括交会时间、燃耗和仅测角导航可观性指标,并考虑了视觉传感器视场角、推力器推力幅度和最小安全距离等各种约束条件,建立了多约束、多目标优化下的仅测角导航和闭环制导问题的数学模型,分析了仅测角导航和闭环制导之间的耦合关系。最后,通过Matlab遗传算法工具箱中的多目标优化函数,求解得到了该多目标优化模型的Pareto最优解集,结果显示交会时间、燃耗和仅测角导航可观性指标不能同时达到最优,存在相互制约关系,即提高其中一种优化目标的性能会降低其他优化目标的性能。

“田园一号”微推进系统设计与性能测试

针对“田园一号”微纳星编队飞行任务的技术需求,开展了微推进系统的总体设计。常规冷气推进由于其比冲低、贮存压力高、结构复杂,难以满足微纳卫星需求。选择R134a作为推进工质,通过将推进剂液化,减小系统体积。基于3D打印技术,设计贮箱、稳压罐、管路一体的推进系统。采用MEMS加工工艺,设计并研制出电加热喷口,从而提高系统比冲。分析了不同喷口尺寸、供气压力以及温度下所产生的推力和比冲大小,确定出喷口设计。表征测试所研制的电加热喷口,结果表明喷口加工误差控制在2%以内。真空条件下,采用扭摆测量系统测试推力器推进性能,测试结果表明,当稳压罐内气体压力在0.1~0.2 MPa变化时,推力大小为5~10 mN。当喷气温度从25℃升至95℃时,推进系统比冲可提升10%以上。

微纳卫星动量轮神经网络全局快速终端滑模控制

针对存在参数不确定性和外界未知干扰的微纳卫星动量轮转速跟踪控制问题,建立了包含模型不确定性和外部干扰的动量轮系统动力学模型,并提出了一种自适应神经网络全局快速终端滑模控制方法。首先,在无外部干扰情况下,设计了全局快速终端滑模控制策略以加快系统响应速度,实现系统有限时间稳定。其次,利用径向基函数神经网络对系统参数不确定性和外部干扰进行估计并补偿,并利用李雅普诺夫方法推导出神经网络自适应律,通过自适应调节网络权值确保系统在存在干扰的情况下实现系统稳定。最后通过仿真对比验证,本文设计的控制器不仅响应速度快,而且具有更好的抗干扰能力和鲁棒性。

旋转超声铣削碳/碳复合材料表面三维粗糙度研究

为了改善碳/碳复合材料铣削表面质量,提升其使役性能,开展了旋转超声铣削碳/碳复合材料表面粗糙度的研究。首先研究了端铣表面三维粗糙度Sa、Sq、Sku和Sdr随主轴转速、进给速度、切深和超声电流的变化规律。其次,分析了旋转超声侧铣对不同纤维切角下三维粗糙度的影响特性。最后分别从端铣和侧铣的角度讨论分析了超声振动对表面质量的改善机理。试验结果表明:施加超声场能后端铣表面粗糙度幅度参数Sa和Sq不仅降低了约20%,而且随加工参数的增加,波动性减小,变化趋势更加明显。侧铣时超声振动使得碳/碳复合材料在不同纤维切削角下的Sa和Sq减小了10%~33%。此外,旋转超声铣削表面界面扩展比Sdr在端铣和侧铣中都有较大幅度的减少,最高可达65%,有效减少了碳/碳复合材料表面的空隙和裂纹。

航天器中远距仅测角导航硬件在环测试的光学模拟器设计

设计了一种航天器中远距仅测角导航硬件在环测试的光学模拟器,可对仅测角导航视觉传感器的硬件、软件和算法的性能及可靠性进行验证。首先对该光学模拟器进行了系统描述,包括硬件组成和星图模拟软件设计。硬件选用的都是商用、现成的部组件,可大幅节约研发成本,缩短开发周期。其次,重点阐述屏幕亮度与恒星星等之间的关系,以及该光学模拟器的光学原理。最后对该光学模拟器的星图模拟进行实验测试,并介绍了一种基于Clohessy-Wiltshire (CW)方程的仅测角导航模型,用于硬件在环测试。验证了几何校正后的光学模拟器完全满足航天器中远距仅测角导航硬件在环测试要求,并得出相对于几何校正前,终端时刻的相对位置精度提高了25.5%,相对速度精度提高了31.3%。