大型立式准直太阳模拟器研制关键技术

针对立式容器结构的综合辐照舱对太阳辐照环境模拟的需求,研制了一套大型立式太阳模拟器,其采用了立式离轴准直型光学系统,能够精准模拟满足辐照度、辐照均匀性、准直性和太阳光谱分布的空间太阳辐照环境。在设备研制过程中,完成了大型立式离轴光机结构设计、结构变形影响分析、大尺寸单体金属镜加工、准直镜柔性支撑设计、集成冷却设计和氙灯快速装校等关键技术研究。大气环境和真空低温环境下的测试结果表明,该太阳模拟器实现了在真空低温环境下辐照面ϕ1000 mm,辐照度2.3个太阳常数(最高可扩展至5个太阳常数),面辐照不均匀度±4.86%,准直角±1.83°的光学指标。

一种基于直流式风洞的火星尘暴模拟装置

为了研究火星表面尘暴环境对探测器及人类活动的影响,研制了一种基于低密度直流式风洞的火星尘暴环境模拟装置:采用超声速引射器作为风洞动力源,结合具备多工况动态调节能力的大抽气量真空系统,实现了引射气量精准调控,可模拟100~1500 Pa低气压下的5~100 m/s大跨度风速;针对低气压下沙尘浓度难以精确控制的问题,采用振动式喂料、逆向螺旋式喷嘴设计以及大周期滞后串级调节方式,实现了0.1~1 g/m^(3)的沙尘浓度精确控制。该装置可用于研究火星尘暴环境对材料和机构的影响,同时还可用于火星气动力研究。

空间环境模拟器热沉液氮密闭循环方案及数值模拟

空间环境模拟器中氮系统设备众多,管路复杂,通过传统理论计算设计的系统参数与实际运行结果存在一定偏差,从而导致系统流量和压力偏离预期。为准确分析和确定氮系统的关键参数,运用数值模拟软件FloMaster对某单相密闭循环氮系统进行全系统的一维仿真模拟,研究氮系统中单一设备的模型参数,从而确定影响系统运行的关键参数。将系统仿真计算结果与实际运行结果进行对比发现,液氮管道的阻力损失误差是造成系统流量和压力偏差的主要因素;同时,液氮流量的差异也会对换热过程造成影响,使热沉出口的液氮温度出现偏差。但系统偏差不影响系统的特征参数的变化趋势。综上,这种仿真方法简化了理论计算方法的计算过程,提升了设计效率,为系统设计提供了数据基础和设备选型依据。

高真空环境模拟卧式超长综合试验平台

文章设计了一套高真空环境模拟卧式超长综合试验平台,包括真空腔体、抽真空系统、热模拟系统、冷却水循环系统、控制及数据采集系统以及其他辅助保证系统等。该环境模拟系统主要是为全系统模拟真空环境试验提供条件保障,满足试验过程中关键技术指标的验证要求以及关键设备可以在清晰成像距离范围内实现对目标运动轨迹的标定,为后续项目研发和改进提供技术和测试数据支撑。

基于SysML的空间有效载荷测试路径自动生成方法

为简化对空间有效载荷这一复杂系统的集成测试工作,引入基于模型的系统工程(model-based sytems engineering,MBSE)思想,提出一种基于系统建模语言(system modeling language,SysML)的测试路径自动生成方法。所提方法所需的信息全部来源于载荷设备在数字设计阶段所构建的SysML数字模型。首先,对载荷的SysML活动图进行预处理;之后,根据载荷运行特性与活动图特性构建测试路径搜索模型,并以此提出改进蚁群算法以搜索全部测试路径;最后,基于SysML用例图在全部测试路径中进一步进行搜索,从而获取指定功能的测试路径。以空间燃烧科学实验载荷为例展示所提方法的详细过程,并对算法性能进行分析。在200次重复实验中,所提方法所得测试路径的覆盖率达到100%,最大迭代次数为27。实验结果表明,所提方法不会产生大量的无效测试路径,大大提高测试路径规划工作的效率。

低温离心泵入口多余物定位及在线监测报警系统设计

低温离心泵是大型低温系统中的关键设备。为确保系统的自适应性和稳定性,需要实时监测离心泵的运行状态。特别是在工作环境恶劣、供应介质品质不稳定的情况下,及时判断故障位置并提前进行报警尤为重要。基于此,设计一套低温离心泵入口多余物定位及在线监测报警系统。该系统在低温离心泵的各部件前后加装压强测点,并引入设备参数实时监测算法,以实现故障的定位和报警,为低温系统的在线监测和报警提供初步解决方案。

大型热沉管路结构低温冲击应力防护研究综述

热沉是航天器发射前模拟空间冷黑低温环境的大型核心结构与装备,受到了结构应力与温度冲击应力的耦合作用。该文综述国内外在空间环境模拟器的发展状况,介绍热沉管翘式与涨板式的两种主要结构,热沉面临的主要问题是结构应力与温度冲击带来的结构热应力损伤与疲劳。热沉管路表面在受到低温气氮/液氮冲击时,会产生很大的温度应力,分析温度冲击应力的产生机理,评述在热沉温度应力方面的研究进展,指出采用常规技术很难防护温度冲击应力。大量研究表明,生物材料表面微纳结构具有很强的温度冲击防护能力,这是由于表面微纳结构在受到温度冲击时,微纳尺度上自由涨缩因而热应力较低,并且在表面微纳结构上形成了一层粘性气/液保护层,保护了基体材料受到很大的温度冲击应力。通过表面仿生制造,研究表面微纳结构的温度冲击防护机理及其工程应用具有重要意义。

基于VR的卫星虚拟振动试验方法

该文基于虚拟现实(VR)技术开展卫星虚拟振动试验技术研究。针对动力学建模与仿真、数据分析与模型修正、卫星虚拟振动试验等,通过VR技术真实再现振动试验数据,反映卫星结构动态特性,完成物理参数识别与模型优化,实现了对卫星模型的优化和振动试验方案的改进,满足了卫星力学环境的试验技术要求。进行X、Y、Z 3个方向的虚拟振动试验,频率为5~100 Hz,加速度幅值为0.1 g。试验结果表明,虚拟振动试验与真实试验的结果吻合良好。

新型模块化质量特性测试工装设计与应用

针对卫星批量化生产对质量特性测试快速、高效、安全及可靠的需求,亟需设计一种柔性可扩展、操作简便、精度高和成本低的新型模块化工装,并可以实现一次装夹即可完成卫星三维质量特性测试的要求。文中从新型模块化工装的测试原理、结构形式及测试流程等方面进行分析,对新型模块化工装产生的误差项进行分析和推导。以某实际批量生产卫星需求为例开展设计验证工作,验证了误差分析的准确性及工装设计的合理性,结果证明:该新型工装满足批量卫星制造领域对测试工装的需求。

火星无人机实验台发展综述及构想

火星地表崎岖、环境复杂,火星无人机由于其具有高机动性和灵活性,为火星探测提供了一种新的工作模式,是未来深空探测的重要范式。本文对比了火星与地球相关地表环境参数的差异,分析了火星无人机需要克服的困难和主要用途,阐明了火星无人机实验台的重要性;详细介绍了国内外研究机构研发火星无人机实验台的技术特点与功能优劣,总结了实验台需要具备的模拟火星环境和测量相关参数。在此基础上,提出了构建火星无人机实验台设想,给出了总体设计思想和思路,并对火星无人机气动力学实验平台的应用前景进行了展望。

基于离心机平台的加速度−温度综合环境试验系统设计

为在现有转臂式结构的离心机平台上拓展温度试验能力,文章提出一种加速度−温度综合环境试验系统的设计方法。针对温度箱内因离心过载和科氏加速度的影响而导致的温度场分布不均匀,采用调整温度箱热源位置和增加风轮风量等手段进行流场干预;通过对温度箱的结构强度仿真及试验验证该系统的工作性能。结果表明:该试验系统可进行加速度为0g~45g、常温~130℃的加速度−温度综合环境试验,监测温度偏差控制在±5℃范围内。以上研究可为加速度−温度综合环境试验系统的设计提供参考。

相控阵天线热真空试验控温方法

在相控阵天线的热真空试验中,天线的辐射散热器不参与试验。为保证地面试验温度状态与在轨飞行状态一致,文章提出采用液冷板、并结合真空容器内辐射热沉和传导热沉对相控阵天线进行控温的方法。热真空试验结果表明,相控阵天线控温状态良好,温度波动在±0.8℃之间,满足天线温度波动<2℃的要求,达到了地面热真空试验考核的目的。

本期导读

方法与技术。1.大型热沉管路结构低温冲击应力防护研究综述关键词:热沉;温度应力;低温冲击P1~4热沉是航天器发射前模拟空间冷黑低温环境的大型核心结构与装备。《大型热沉管路结构低温冲击应力防护研究综述》一文综述国内外在空间环境模拟器的发展状况,介绍热沉管翘式与涨板式的两种主要结构,热沉面临的主要问题是结构应力与温度冲击带来的结构热应力损伤与疲劳。热沉管路表面在受到低温气氮/液氮冲击时,会产生很大的温度应力,分析温度冲击应力的产生机理,评述在热沉温度应力方面的研究进展,指出采用常规技术很难防护温度冲击应力。大量研究表明,生物材料表面微纳结构具有很强的温度冲击防护能力。

空间飞行器重力卸载用弹力绳特性试验研究

在空间飞行器地面微重力模拟试验前需要测试弹力绳的特性,以确定弹力绳是否满足重力卸载需求。文章提出弹力绳特性测试方法,通过刚度、频率和蠕变测试,获得其重力卸载特性,并讨论了静态频率和动态频率不一致问题,以及温度对弹力绳动态频率的影响。针对某型号微重力环境模拟需求,对弹力绳选型进行了分析,在满足总负载的前提下选择纵向频率低、单根负载质量大、空间需求小及蠕变稳定时间短的弹力绳。该研究可为地面微重力模拟试验中弹力绳的选用提供参考。

大流量高压气体减压器技术研究进展及应用

大流量高压气体减压器是大型连续式高超声速试验系统的核心设备,其气体减压供应能力、工作稳定性和可靠性等对高超声速试验系统的试验能力有重大影响。本文对气体减压器的减压原理、技术方案、评价指标和技术难点进行了梳理,介绍了国防科技大学在大流量高压气体减压器技术方面的研究进展,展望了大流量高压气体减压器技术在高超声速试验领域未来的发展趋势。

空间电推进微小推力测量技术

针对应用于空间电推进领域的微小推力测量技术的研究现状,回溯了微小推力测量技术的发展历程,梳理了测量方法的技术路线,详细介绍了扭摆式、悬摆与倒摆式、天平式和投靶式测量装置以及电磁式微小推力测量装置;针对测力系统的标定技术进行了综述,介绍了有力源微小推力标定方法和无力源标定方法;根据微小推力测量装置自身特性,介绍了其性能评估方法与环境相互作用的噪声响应情况。最终分析了微小推力测量技术的特点,给出了对该技术持续研究与开展应用的认识。

基于脉冲红外热成像的缺陷深度定量测量技术研究

缺陷深度定量测量是脉冲红外热波无损检测技术的重要应用,本文深入研究了脉冲红外热波成像无损检测的数据处理方法。基于预制的复合材料缺陷试件,对脉冲红外热波成像无损检测过程进行了数值模拟和实验,计算了缺陷深度。结果表明:数值模拟和实验获得的缺陷深度结果与预制试件的缺陷深度之间有较好的包络关系,使用脉冲红外热成像进行缺陷深度定量分析的实验技术具备工程应用价值。

双平面镜辅助多视角数字图像相关方法的研究进展及应用

双平面镜辅助多视角数字图像相关方法(multi-view digital image correlation,MV-DIC)是DIC技术用于全景或双表面形貌和变形测量的新分支。传统的MV-DIC需要两套或多套同步的双目3D-DIC系统,而双平面镜辅助MV-DIC仅需要一套常规3D-DIC系统和两个平面反射镜,其系统成本低和易于实现等优点使其在常规尺寸试样的全景/双表面变形测量任务中可完全替代前者。本文介绍了作者近期在双平面镜辅助MV-DIC研究中取得的新进展,包括两种新型的双平面镜辅助MV-DIC系统和一种基于荧光散斑的平面镜反射变换标定方法。最后介绍了双平面镜辅助MV-DIC在含缺陷蜂窝合金板面内压缩、手机跌落以及管道高速振动双平面/全景变形测量中的应用。

基于相机组网测量的大型结构变形监测技术与应用

传统摄影测量的经过长期发展已经形成较为完善技术框架和理论基础,但是难以突破观测范围及观测物距与测量分辨率及精度之间固有矛盾的限制,在解决大型工程和结构的变形监测过程中多点同步、实时动态、精密测量等问题时面临挑战。针对桥梁等大型结构,本文提出了一种新的摄像测量系统构型方式,能够解决测量范围、测量物距与相机物理分辨率之间的内在冲突,通过桥梁监测实验,证明了相机网络技术能够实现大型工程结构变形的精密动态观测。针对风电叶片监测问题,本文通过全局观测站和局部随动站的相机组网测量,能够同时观测风电叶片的全局运动和局部变形,获得精确的结果。相机组网极大拓展了传统摄像测量的能力和应用前景。

高真空冷黑环境下大面阵黑体定标器控温应用研究

为满足某产品在高真空冷黑环境下的红外载荷辐射定标,设计采用了一种复合PID控制算法,在开展大面阵黑体多分区定标器真空试验中,较好地完成了大面阵黑体多分区交叉耦合控温的高精度指标要求。基于工程实践性强的模糊控制与传统PID相结合的分段逼近式控温验证,整体系统控温精度达到±0.1 K,满足设计控温要求。