火星EDL过程动力学仿真平台

“进入、减速、着陆(Entry,Descent,Landing,EDL)”火星的过程是实现整个火星探测任务最为重要的阶段之一,着陆成功与否直接决定探测任务的成败。文章对火星探测器自身气动减速阶段、降落伞弹射拉直阶段、降落伞开伞充气阶段、降落伞全张满减速阶段等EDL关键过程分别建立探测器进入段六自由度动力学模型、降落伞理想拉直过程动力学模型、降落伞开伞充气过程动力学模型、物伞及弹性吊挂组合系统着陆过程动力学模型。并在此基础上研制相应的动力学仿真软件模块,将各模块按照EDL过程进行集成,实现模块间数据传递,形成火星EDL全过程动力学仿真系统。最后对“火星探路者”EDL过程进行了动力学仿真分析,校验了系统的有效性和可行性。该平台可用于火星EDL全过程动力学性能的分析与预测。

白昼流星:航天报国

2019年9月30日,新中国成立70周年礼赞影片《我和我的祖国》全国上映。该片由7部短片组成,以7个故事回溯新中国成立70周年来普通人与祖国同呼吸、共命运的历程;以新中国成立70年来我国政治、经济、文化等领域的大事件为背景,凸显人民生活等各方面的幸福感和获得感。

充气式再入与减速系统柔性热防护材料的热冲击试验

针对充气式再入与减速系统的柔性热防护系统的研制要求,其应能够承受最高1200℃高温或最高达25 W/cm^2的热流密度、高温环境持续时间不超过100 s。为此设计了多层防热结构的柔性热防护系统,结构由外到内分别是防热层、隔热层、阻气承力层,基于热分析的结果研制了三种材料试样,其中一种试样由Nextel氧化铝织物、气凝胶和Kevlar织物组成,另外两种在其基础上分别增加了柔性烧蚀层材料和氧化铝耐火棉,同时调整了Nextel织物和气凝胶的铺层数量,模拟1200℃的高温环境进行了热冲击试验。试验结果表明,所研制的材料能够满足耐温1200℃、持续时间100 s的要求;Nextel氧化铝织物作为防热层在1200℃下性能稳定,超过650℃时气凝胶快速收缩变形、破坏;在防热层增加耐火棉(毡)后,隔热效果明显提高,并可确保内部的气凝胶保持在分解温度以下。

“神舟八号”飞船主伞的改进设计与试验

针对"神舟号"飞船主伞存在少量局部破损的问题,"神舟八号"主伞进行了改进设计。改进的目的是减少主伞局部破损,提高主伞可靠性。主要的改进措施是增加了伞衣保护布和牵顶伞。试验结果表明,主伞破损比改进前减少了70%,达到了改进目的。

充气式再入航天器结构参数优化及防热试验工程方法

用工程算法对充气式再入航天器的全展开半径,半锥角,刚性头锥半径与全展开半径之比三个方面的参数进行了优化计算,获得同时满足航天器质量,刚性头锥及柔性防热系统温度约束条件的充气式再入航天器的设计方案,计算得到了优化设计方案整个再入过程的外热流密度和温度变化规律,并且通过与文献中数据对比,验证了文中工程算法的正确性。针对再入过程的外热流密度和温度条件,参考充气式再入返回试验(Inflatable Reentry Vehicle Experiment,IRVE)典型防热材料,设计不同的柔性防热系统结构试验件。最后,通过热冲击试验,得到了各试验件冷端的温度响应,验证了各试验件在再入温度条件下防热性能。文章提出的柔性防热系统结构的改进方向,可为充气式再入航天器的设计分析提供参考。

空间结构展开与刚化

空间展开结构具有能构建大型结构、轻质而且成本低廉的特点。在航天器中呈折叠状的空间结构在空间充气展开后,要呈刚化,使其不因温度变化而引起变形并且不会因空间碎片或流星体的碰撞而被损坏。文中提出了展开前的折叠方法和包装效率评估方法。提出了两种刚化薄膜,在储存状态下易于折叠并能保持其所有的性能。一种采用单层薄膜浸渍长储存寿命树脂基的三轴编织纤维,另一种采用宽广温度范围长储存寿命的交互编织纤维刚性薄膜。

月球着陆器着陆缓冲展开锁定机构设计与分析

月球着陆器着陆缓冲机构是月球着陆探测的关键部件,其展开锁定过程为一拓扑结构变化的过程。由于该过程较为复杂,研究方法多采用试验研究,而对于其内在运动特性分析不够深入。为了量化分析着陆缓冲机构展开锁定拓扑变化过程,评价设计的正确性,获得其运动过程中的机构运动特性,需要开展机构动力学分析。文章采用奇异性分析法,建立展开锁定机构拓扑图并进行了机构的奇异性分析,获得了该机构的奇异性,证明了设计的正确性。在此基础上,基于ADAMS软件建立了着陆缓冲机构虚拟样机模型,分析了整套机构的运动学特性,获得了展开过程相关运动参数,试验结果与分析结果一致。研究结果表明,该展开锁定机构展开过程平稳、无奇异点、可靠性高,研究结果可作为后续工程化参考。

空间再入飞行器热气动弹性数值研究进展

热气动弹性分析关系到空间再入飞行器的气动性能、结构安全和振动特性。文章对空间再入飞行器热气动弹性研究的数值方法和研究进展进行了回顾;总结了热气动弹性数值的模拟内容、气/固/热多物理场耦合方法和高超声速气动力、气动热求解方法等方面研究的典型成果与特点;比较了单向耦合分层求解方法与双向耦合方法在热气动弹性分析方面的优缺点,指出气动力、气动热的工程计算方法和降阶方法存在一定误差,采用时域方法求解Navier-Stokes方程的全阶模型获取气动力和气动热更为准确;并对未来的研究趋势进行了展望,提出了需要进一步深入探讨的若干问题,包括空间再入过程气/热/固多场耦合物理机制的准确描述、空间充气式再入减速器这类柔性结构的热气动弹性分析以及热气动弹性试验验证等三个方面。

空间抓捕系统绳网的设计与研制

概述了空间碎片主动清除方式——空间绳网抓捕的优点,梳理了研制空间绳网要解决的难题,结合工程样机研制,介绍了针对捕获目标直径20 m的特大型绳网的结构设计、材料选择、加工方式以及折叠包装研究情况,确定了较优构型绳网-正六边形网型正四边形网目,选取了合适的绳网材料,解决了超细绳网状结构编织问题和可控折叠包装问题;对绳网的拉出展开过程进行了仿真分析,开展了地面抓捕试验验证,绳网均有序拉出展开捕获目标,通过仿真分析及实物试验对比,特大型绳网的设计、折叠包装方式、拉出展开得到了验证;总结了特大型绳网研究成果和后续改进方向,为工程应用奠定了基础,可为空间碎片柔性捕获清除的研究提供参考和借鉴。

剪式铰可展开圆环设计、仿真与试验

随着航天技术的迅猛发展,航天设备的尺寸也越来越大,以至于很多航天设备难以装入运载器的包络内。而可展开结构是克服内包络限制的有效手段,剪式铰作为一种传统的可展开单元,通过设计可形成多种可展开结构,具有广阔的应用前景。但剪式铰可展开结构往往零件众多,采用传统有限元计算模态往往需要大量的时间无法快速迭代,等效刚度法是一种快速的计算方法。文章针对空间相机遮光罩设计了一种可展开圆环结构,采用等效刚度法计算了其一阶基频,并进行了试验验证。结果表明采用等效刚度法能大大减小有限元网格规模和复杂程度,能够实现快速设计迭代,且计算精度在4%以内。

一种航天器位姿测量的鲁棒正交迭代法

航天器位姿测量是许多空间任务和地面大型试验必不可少的关键环节,基于合作标志点的单目位姿测量技术是实现该测量的重要手段之一;由于受到外界复杂环境的干扰,标志点提取可能会出现野值点或者精度不一致的情况,传统的正交迭代方法对于该类问题不能够达到最优的求解精度,甚至求解错误。文章提出了一种基于M估计的鲁棒型正交迭代方法,使用M估计给每个标志点分配不同的权重,优化加权物方残差目标函数得到位姿参数。通过仿真验证和实物试验,证明了该方法可以较好地消除错误数据对测量的影响,提高了正交迭代算法的测量精度和鲁棒性。