探索军工企业绿色发展之路——北京卫星制造厂推行清洁生产工作纪实

工信部发布的《工业绿色发展规划（2016-2020）》中明确提出：要以环境友好的方式利用自然资源和环境容量,实现经济活动的生态化转向;以发展企业清洁生产作为实施可持续发展战略的重要途径和实施方式。北京卫星制造厂作为传统的航天高端装备制造企业,在推行企业清洁生产方面进行了诸多的探索和实践,并于2016年8月通过了北京市发展和改革委、环保局、

卫星复合材料储能／姿控一体化飞轮的设计制造

阐述了卫星用复合材料储能/姿控一体化飞轮的结构设计及制造技术。采用独特的线型设计和结构设计,利用高强碳纤维缠绕技术成型飞轮转子,选用钛合金经精密加工成轮毂,用胶接技术将两者装配胶接为飞轮。通过有限元的方法对飞轮进行了模态分析,一阶基频为956Hz。试验测得的飞轮储能密度为79.8Wh/kg,达到国内先进水平。

北京三号A/B卫星太阳翼分析及试验验证

针对北京三号A/B卫星高刚度太阳翼开展了分析及试验验证,包括基板准静态分析和静力试验验证,太阳翼收拢状态和展开状态模态分析及收拢状态力学环境试验及展开基频测试,以及太阳翼地面展开试验。通过基板准静态分析获取了太阳翼基板铺层设计的强度裕度,后又经静力试验验证了分析结果;太阳翼收拢和展开模态分析结果也均与试验结果一致性良好,且通过收拢状态力学环境试验前后特征级曲线对比,可知太阳翼可耐受发射段载荷;太阳翼地面展开试验证明了太阳翼展开性能,且多次展开后关键参数一致性良好。

基于SIRM算法的卫星结构板智能化生产管控系统设计

针对物联网技术在智能制造系统中的应用,通过在卫星结构研制设计过程中应用物联网标识和感知技术实现智能化生产管控.分析卫星结构研制流程中实物、信息的操作现状,提出了一种SIMR(Snapshot Integration Multipath Routing)路由算法的卫星研制流程自主感知优化技术,保证流量传输均衡和信息快速回传,解决卫星研制实物流与信息流难以深度融合的问题.围绕卫星零件、装配体、电子标签等实物定义了智能化生产管控系统,将系统分解为实物操作序列与数据操作序列,进而给出了基于物联网的卫星结构智能化生产管控系统架构,明确了本方法在卫星结构板成形生产和装配系统管控环节的应用模式,为提升卫星结构实物状态管控与全流程研制能力提供了一种可行的方法.

航天器蜂窝夹层结构板制造工艺可靠性研究

针对航天器蜂窝夹层结构板的制造效率、形位精度、胶接强度和预埋件拉脱力等可靠性要求,根据其制造工艺特点,通过建立基于制造工艺流程的串联模型、基于制造工艺单元的顺序关联模型、基于制造工艺参数的网状关联模型和考虑检验工序的功能关联模型4种典型的制造工艺可靠性模型,明确工艺设计的控制内容及工艺改进方向和要求。通过常见故障模式和原因分析,进一步验证可靠性模型的分析结果,明确制造工艺改进措施。在实际生产应用中,通过零件定型,优化制造工艺流程和减少串行制造工艺单元;通过优化工艺参数、固化工艺状态、应用自动化智能工艺装备,减小制造偏差,提高产品可靠性和生产效率。

卫星制造技术“三化”的科学管理

卫星制造工艺技术的“三化”，即通用化、系列化、组合化（模块化），是降低成本，节省建设投资，缩短研制周期，提高产品质量、可靠性和总体技术性能的有效途径和重要手段。搞好卫星制造工艺技术的“三化”工作，必须首先进行卫星制造工艺技术的“三化”实施方案研究，分...

卫星结构件可制造性分析系统

提出了卫星结构件可制造性分析系统的系统结构,建立了卫星结构件的信息模型和特征加工的知识库,针对卫星结构件的典型特征,深入分析了可制造性分析的方法、策略和步骤,并基于Pro/Engneer2001软件,利用Pro/Toolkit二次开发工具建立了卫星结构件可制造性分析系统。

基于以太网的卫星地面供配电控制设备研制

卫星地面供配电控制设备是卫星综合测试系统的重要设备之一,航天器地面供配电设备必须要确保供电控制的可靠和测量的准确。它通过脱落电连接器以有线方式对卫星重要参数进行测量、状态监视、供配电控制和脱落电连接器电脱控制,能满足卫星在各阶段和各种试验场合的整星测试任务的要求。它的控制计算机通过局域网与数据采集设备连接,具备本地和远程控制功能。介绍了一种基于以太网的卫星地面供配电控制设备的研制,概述该设备的基本组成和功能,对设备和航天器之间的控制信息、状态信息和测量信息的接口设计技术进行论述,并结合有代表性的示例给出了参考电路图和说明。

星座卫星3D打印批量生产发展趋势与展望

“十四五”期间及后续星座卫星的发展,对结构轻量化的需求日益强烈,同时还要求降低制造成本、缩短研制周期。3D打印技术具有提供结构极致轻量化的能力,卫星结构采用轻量化设计及3D打印技术,可实现减重30%~60%,但目前主要用于单件或数件研制的场景。星座卫星的最新发展要求其结构质量占比进一步降低,年度轻量化结构任务数量约数千件,现有的制造能力与批量化任务需求之间的矛盾凸显。因此,本文面向未来星座卫星结构极致轻量化、低成本、短周期研制需求,在总结国内外3D打印批量生产发展现状基础上,提出了星座卫星3D打印在主承力结构、次承力结构及功能结构,以及平台载荷一体化研制等3个方面的主要应用,并从规模化产业基地建设、工艺快速设计、组批排产、自动化后处理、高效检测等方面,提出了航天领域3D打印批量生产的发展思路,对提升面向航天轻量化结构的3D打印批量生产能力具有借鉴意义。

增材制造钛合金导轨类结构高速铣削加工精度研究

针对在航空航天领域中应用越来越广泛的钛合金3D打印增材制造导轨类结构零件,因其薄壁特性导致的加工变形大、尺寸和形位精度难控制、表面粗糙度差、加工效率低下的问题,本文选用高速铣削工艺对钛合金粉末增材制造形成的导轨类结构零件进行加工实验。分析了高速铣削工艺的加工原理及特点,并设计实验验证了该工艺加工钛合金增材制造导轨类结构零件的可行性。实验结果表明:该工艺可以实现钛合金粉末增材制造导轨类结构零件高质高效地加工,并对比了不同工艺参数下加工后的导轨结构尺寸、形位精度及表面粗糙度,更高切削速度下加工得到的导轨结构尺寸、形位公差更优,同时表面粗糙度值更低,在实验参数范围内,当切削速度为84.78m/min且切削深度为0.2mm时,加工后得到的最优粗糙度值Ra为1.944μm。

三维数字化设计制造技术内涵及关键问题

三维数字化设计制造能力已经成为我国企业竞争的核心,是目前实现企业研制能力变革的支点和突破口。针对目前我国有些企业把三维工艺仿真片面理解为三维工艺,对三维数字化设计制造技术的内涵把握不准确等问题,分析了目前我国企业三维设计制造的迫切需求,详细阐述了三维数字化设计制造技术的内涵,对三维数字化设计制造中的关键技术问题进行了论述,并结合典型案例进行了应用分析。给出了我国军工企业全三维设计、三维到工艺、三维到设备的三步走战略,以及实施三维数字化设计制造技术的两点建议。

面向航空航天的增材制造超材料的研究现状及发展趋势

增材制造(Additive manufacturing,AM)由于分层制造特性,是实现复杂化、整体化、个性化高性能构件成形的有效手段,使设计由面向工艺转变为面向性能,提升了设计自由度,在航空航天等领域存在较大的应用空间。为满足高端装备对构件多性能的要求,结构设计从轻量化拓扑优化设计发展到多物理场耦合的功能结构设计和基于环境激励响应的智能结构设计。其中,多物理场耦合功能超材料的设计与增材制造是当前发展的重要方向。超材料是一种通过宏微跨尺度结构设计展现特殊力学、声学、热学或电磁特性的工程材料。从力学超材料、功能超材料和智能超材料构件等方面阐述了近期航空航天结构设计与增材制造领域的研究进展,对结构创新设计与增材制造的发展趋势进行了总结与展望,并描绘了广阔的应用前景。

大型复杂构件制造过程残余应力演化与调控

归纳了残余应力的基本类型及各类残余应力的计算机仿真方法,概述了残余应力形成与演化行为及残余应力调控技术的研究现状。以机械臂基座本体淬火过程为例,展示了有限元仿真在大型复杂构件残余应力演化行为分析上的应用;以工字型材模压去应力为例,通过有限元仿真重现了变截面构件模压去应力的过程并分析了模压去应力的影响因素。讨论了残余应力仿真预测与调控技术应用于组件及其涵盖构件制造-服役全寿命周期的可行性,预测了其集成于智能制造技术体系的巨大潜力。

航天用SiCp/Al复合材料卫星输出轴精密磨削工艺研究

针对48%体积比SiCp/Al复合材料卫星专用输出轴的超精密加工难题,采用ELID精密磨削技术对其进行了工艺实验研究。首先,通过建立切入磨粒磨削模型,得到了48%体积比SiCp/Al复合材料的磨削机理及影响因素。然后探究了不同电火花参数对砂轮修整形貌的影响,并采用极差分析探究了各因素对工件磨削质量影响程度的大小。研究表明,当砂轮转速为1500r/min,进给量0.25μm,进给速度0.9m/min,电解电流10A,占空比60%时,磨削质量最好,得到了表面粗糙度Ra0.096μm,圆柱度0.85μm的48%体积比SiCp/Al复合材料输出轴精密磨削表面。

GEO卫星表面充放电引起卫星地电位瞬变及对二次电源干扰试验研究

GEO卫星带电环境和表面绝缘材料相互作用引起卫星表面充放电现象,导致卫星"地"电位的缓慢变化和瞬态变化,其中瞬态变化会造成电子系统特别是数字电路工作异常。文章介绍实验室相关模拟试验研究情况,包括试验原理、试验系统组成、试验参数、结果分析以及"地"电位瞬态变化对星上二次电源输出的影响,讨论了空间ESD干扰防护方法。

高分多模卫星高刚度太阳翼机构设计与验证

针对传统多板串联一维展开的刚性太阳翼无法实现展开状态高刚度和低惯量的问题,提出了一种三板并联二维展开的高刚度太阳翼机构方案,通过采用构型优化、高刚度基板设计和高刚度铰链等设计技术和方法,实现了刚性太阳翼的高刚度、低惯量要求,为高分多模卫星配套研制了两套三板并联、低惯量、高刚度太阳翼。经过高分多模卫星太阳翼地面试验及在轨飞行验证,结果表明:与相同面积的传统串联太阳翼相比,三板并联二维展开太阳翼的展开状态刚度提高5倍以上,转动惯量减小至1/8,该技术可为后续高刚度太阳翼机构设计及研制提供参考。

卫星平台机热一体化设计探讨

针对卫星平台结构和热控分系统的设计需求,挖掘二者设计的结合点与耦合性,基于大系统多学科优化设计思想,突破现有"学科孤岛"式设计模式,探讨卫星平台的机热一体化设计。通过综合分析国内外集传热与承载于一体的多功能结构技术,以及高导热碳纤维复合材料的研究进展、应用现状与发展趋势,表明这些技术措施能够充分发挥结构与热控协同设计、融合效应最大化的优势,是实现卫星平台机热一体化设计的可行技术途径,其应用可显著提高卫星平台的承载与散热能力,有效降低卫星平台设计费效比,提升卫星平台的性能指标。

PEEK复合3D打印预制丝材微观结构与力学性能研究

为优化聚醚醚酮(PEEK)材料的综合力学性能,制备了含有不同比例的碳纤维(CF)和玻璃纤维(GF)的复合PEEK丝材。采用GB/T 1447-2005纤维增强塑料拉伸性能试验方法对含有不同组分的复合丝材力学性能进行测试,并使用扫描电子显微镜(SEM)对其微观结构进行研究。结果表明:PEEK/CF复合丝材的强度随CF含量增加而增强。PEEK/GF复合丝材强度也随GF含量增加而增强,添加10%GF的复合丝材强度相较于纯PEEK丝材提升明显,但随着GF含量继续增加,整体强度提升缓慢。

基于二进制粒子群优化的卫星典型件工艺知识挖掘

针对卫星典型件在工艺设计过程中设计任务量大、重复性工作多,且其历史工艺数据未能充分有效利用的问题,进行了工艺知识挖掘的研究,以提高工艺知识的重用性.首先对工艺知识挖掘问题进行了描述,建立了工艺知识的关联规则模型;然后针对海量数据中Apriori算法挖掘效率低的问题引入二进制粒子群优化(BPSO)算法,并构造了基于BPSO的关联规则挖掘算法.最后对卫星结构板这一典型件的历史工艺数据进行挖掘,得到了卫星结构板典型工序序列.基于BPSO的关联规则挖掘算法可以有效提高工艺知识的挖掘效率.

自串联发射卫星平台结构分系统设计与验证

与传统的一箭双星发射模式相比,卫星自串联发射具有更高的载荷比。文章面向支撑自串联一箭双星发射的全电推平台结构分系统研制,分析自串联发射卫星结构分系统的设计要求和特点,并提出适应自串联发射卫星平台的力学试验验证策略,实现了低成本、高效率的金字塔式验证。结果表明,支持自串联双星发射的结构平台成功通过力学环境试验考核,相关设计及试验方法可为同类航天器结构研制提供参考借鉴。