航天器振动控制技术进展

航天器在发射过程中经受复杂和严酷的力学环境,力学环境效应主要是激起航天器主次结构共振响应以及局部动力响应过大,造成结构破坏,局部失稳,电子元器件等敏感组件发生故障。为了提高飞行任务的可靠性,需要采用振动控制技术以降低运载载荷环境条件,提高航天器有效载荷比。本文从航天器系统级和部件级两方面对国内外振动控制技术的研究进展进行了系统的综述和深入的分析,以期对我国航天器振动控制技术的研究发展和工程应用有所启示。

复合材料在航天器结构中的应用与展望

结合航天器结构的特点,阐述了我国航天器结构中复合材料的初步应用、快速发展、广泛应用和扩展应用过程。结合后续我国航天任务规划,展望了复合材料在航天器结构中的发展趋势。

月球着陆器着陆腿非线性有限元建模与仿真

为了准确地预测着陆冲击过程中着陆腿的载荷缓冲和吸能性能用于指导着陆缓冲机构的设计和优化,采用非线性有限元方法进行着陆冲击动力学仿真.建立了单腿着陆冲击有限元模型,采用ABAQUS/Explicit显式动力学程序作为求解器.为提高计算效率,采用了质量缩放技术.对2个单腿着陆冲击工况进行了动力学仿真分析,通过与试验数据的对比证明了分析结果的正确性.分析结果表明:非线性有限元模型可以综合考虑各种非线性因素的影响,能较准确地预测着陆腿着陆缓冲性能;着陆腿的弹性对套筒间的摩擦力有较大的影响,增大着陆腿刚度可以减小摩擦力.

太阳翼地面展开锁定的动力学仿真分析

利用ADAMS软件的柔体动力学计算功能,将ADAMS和PATRAN/NASTRAN软件联合,建立太阳翼地面展开及锁定仿真模型,从太阳翼展开初始就考虑连接架和基板的弹性,以及地面各影响因素的影响,对太阳翼地面展开锁定过程进行连续的仿真计算,得到了对驱动机构的冲击载荷等动力学性能。分析方法得到了试验的验证。其后,给出了太阳翼空间展开锁定仿真结果。最后,利用仿真模型,分析了空气阻力、吊挂装置摩擦阻力等因素对太阳翼地面展开及锁定冲击载荷的影响。

黏弹阻尼技术在航天器上的应用与展望

黏弹阻尼技术作为一种被动振动控制技术,可有效改善航天器的载荷环境。文章对黏弹阻尼技术在航天领域的应用(包括航天器发射段和在轨段)进行了综述,指出了航天黏弹阻尼技术发展的薄弱环节,提出了有针对性的4项建议,涵盖了建模、空间环境试验、优化技术和试验验证方面的内容,并对未来技术的发展作了展望。

一种新型复合构型月球车的越障特性分析

将轮式、腿关节式、履带式三种机构结合起来设计了一种月球车,此车对低重力条件下的月球表面实际环境具有良好的适应性。月球车在起伏不平的地表环境中具有独特的动态特性,通过对月球车障碍地形下的越障运动过程进行理论建模和数值仿真,进而建立虚拟样机模型进行动态仿真对比研究,分析了月球车的越障特性,验证了机构设计的有效性。

神舟飞船结构与机构分系统研制及飞行结果评价

介绍了神舟飞船结构与机构分系统的任务与功能,分析总结了结构与机构分系统的研制过程、突破的关键技术和技术创新点,介绍了飞行试验的验证情况并对此进行了综合评价。

一种空间相机指向机构构型设计及分析

通过分析比较不同构型的指向机构特点,提出一种轻小型月球着陆器相机三自由度指向机构设计方案,研制出原理样机。建立了相机指向机构运动学模型,对不同工况的相机指向机构的力矩裕度及冲击进行了分析,基于有限元分析对相机指向机构进行模态分析,得到机构主要频率及对应振型,可为相机指向机构优化设计提供重要依据。

着陆冲击仿真月壤本构模型及有限元建模

为建立合理的月壤有限元模型用于着陆器着陆冲击动力学仿真分析,在对已知月壤的相关力学特性参数和试验数据进行分析推理的基础上,推断出月壤屈服面在低围压条件下可能会呈现出剪切膨胀特性,而在高围压条件下则可能会呈现出塑性压缩和应变硬化特性,因此定性地选择帽盖德鲁克-普拉格(Cap Drucker-Prager,CDP)模型作为月壤本构模型。模型的参数通过月壤或模拟月壤的试验数据定量地标定。对着陆器地面着陆冲击试验进行有限元建模和仿真分析,仿真结果表明:模型参数的标定方法是合理可行的;CDP模型可以准确模拟月壤在着陆冲击载荷下的动力学响应,可用于着陆冲击动力学仿真月壤有限元建模。对月壤模型参数进行了参数分析,并评估了月壤模型参数对着陆器着陆冲击性能的影响。

月球着陆器软着陆动力学建模与分析综述

为解决着陆器研发过程中着陆稳定性、能量吸收和载荷缓冲等问题,需要开展大量的软着陆动力学仿真分析。文章研究分析了过去几十年中,腿式月球着陆器软着陆动力学仿真数学模型的发展过程及一些最新的建模方法。针对软着陆动力学仿真数学模型的3个方面:着陆器模型、月面模型和着陆腿足垫与月壤的接触模型,给出了各种建模方法之间的联系,并对着陆动力学仿真绝对性能分析方法和统计分析方法进行了讨论。根据文献调研分析情况,提出了应采取的着陆动力学建模与分析方法的指导性建议,并提出了有待于进一步研究和发展的问题。

一种梁板复合结构的设计

对某卫星主结构中应用的一种新型的复合材料结构形式——梁板复合结构进行了设计、分析与试验。首先通过整星分析,设计了梁板复合结构,并为其设计了试验件进行研制试验。同时,利用有限元软件PATRAN和NASTRAN建立了三种模型:二维板壳模型、三维板壳模型和三维实体模型,通过比较试验结果与分析结果,修正了分析模型,并找出了合理的分析方法。试验结果表明,设计的梁板复合结构满足了既定的强度要求。

太阳翼展开锁定最大冲击载荷修正方法

太阳翼展开锁定过程产生的锁定冲击载荷是卫星设计的重要指标,太阳翼设计时一般通过地面试验或仿真对该载荷进行估计。文章提出一种对太阳翼展开锁定过程最大锁定冲击载荷的修正方法。此方法在试验或仿真得出的载荷-时间曲线的基础上,参考模态分析结果或载荷曲线的频率分布情况,按频段分解,调整相位后再进行叠加,得到修正后的可能最大载荷。利用此方法对地面试验冲击力矩结果进行修正,解决了同一工况下多次试验结果间相差较大的问题。利用此方法对空间仿真冲击力矩结果进行修正,解决了展开末速度相同但锁定载荷相差较大的问题,得到了具有工程参考性的太阳翼空间展开冲击力矩偏保守估计值。进一步应用该方法,对空间展开末速度与最大锁定冲击力矩之间的线性关系进行了验证。

面向结构动静态变形控制的作动器综合优化配置研究

针对航天器柔性结构动态和静态变形控制的作动器布局关键问题,提出了一种综合优化配置方法。首先,基于有限元分析方法建立结构和压电作动器的模型。然后,基于可控Gramian矩阵提出了一种新的动态变形控制准则,并以形面均方根误差(RMSE)作为静态变形控制的优化准则。改进NSGA-II遗传算法的交叉和变异算子,以动/静态变形控制准则为目标,获得作动器综合优化配置Pareto最优解集。最后,提出归一化加权方法进行最优解集的综合筛选。最后,文章以一大型抛物柱面天线的支撑桁架为例,通过仿真验证了综合优化配置方法的优越性,其优化配置结果兼顾了动态变形控制和静态变形控制的性能。

基于空间干涉遥测的大型可展收支撑结构研究

空间干涉遥测从不同方位对地面同一目标进行多次成像,经干涉处理可获得地面目标的数字高程(DEM)。针对干涉遥测成像对基线长度和刚度的需求,进行了大型空间可展收支撑结构的方案研究,并分析了该系统的构成和工作原理。

资源一号卫星CCD相机扰动响应分析

从理论分析和仿真计算两方面研究了资源一号卫星CCD相机扰动响应问题,通过理论研究,给出了控制CCD相机扰动响应问题的措施;仿真计算中,建立了资源一号卫星的有限元模型,应用有限元法,进行了因动量轮偏心质量所引起的CCD相机安装点的强迫振动响应分析。通过定量分析相机安装点的强迫振动位移响应幅值,定性地预示卫星在轨飞行时,CCD相机安装点强迫振动响应是否可能出现响应超限问题。

一种大型空间展开机构的系统研究

结合大型空间展开机构的发展需求,提出一种适于超长、重载空间应用环境的新型球铰接杆展开机构,对其进行方案研究,并分析了该机构的系统构成和工作机理。

神舟飞船附加段承力底盘结构设计

承力底盘是神舟飞船附加段主要的承力构件,它的刚度,强度及安装精度对轨道舱有效载荷正常工作起着重要作用。在满足总体设计及载荷条件上的前提下,从结构设计的可行性,工艺的可实施性及经济性等方面综合考虑,经承力底盘的结构力学分析验证,确定了比较合理的方案,飞船的成功发射及轨道舱的正常飞行说明神舟飞船附加段承力底盘结构设计是合理的。

一种航天器加筋锥壳结构轴压稳定性研究

研究了开口型截面桁条加强蒙皮锥壳结构的局部稳定性计算方法;并用平板/加筋圆筒极限轴压的有效宽度法计算其极限载荷,得出加筋锥壳结构局部稳定性和整体稳定性的分析方法。

一种新型复合材料黏弹阻尼杆设计

针对复合材料杆阻尼偏小的问题,文章提出了一种新型复合材料黏弹阻尼杆设计,通过将约束层分段来增大黏弹阻尼层的剪切变形,在保证较高轴向刚度的同时,大幅度提升了杆的轴向阻尼。完成了复合材料黏弹阻尼杆的设计、制造与模态试验验证。试验结果显示:该阻尼杆一阶轴向模态阻尼相比无阻尼杆提高了23.7倍,且轴向刚度相比无阻尼杆未有下降,验证了阻尼杆设计的合理性;此外,分析结果与试验结果吻合较好,说明了阻尼分析模型的正确性。该阻尼杆设计可应用于航天器中各类撑杆或桁架结构,以改善系统的阻尼特性,降低航天器结构在动载作用下的响应。

提高航天器结构试验验证效费比的策略

面临市场竞争所带来的经费、周期、人力等压力,如何提高航天器结构试验验证的效费比成为热点问题。文章指出提高试验验证效费比的前提是要充分理解试验的目的、类型、责任,把试验验证视为设计与产品质量保证的有效手段;进一步提出从提高设计质量、权衡过程控制与检验试验的成本、理解失效模式、设计针对性的验证、同步规划设计与验证6方面构建高效费比的试验验证策略。