大型卫星整流罩分离冲击载荷分析研究

文章利用工程热力学理论计算了运载火箭整流罩分离用爆炸螺栓的冲击力,同时采用了单只爆炸螺栓冲量测试数据,运用动力学响应分析的直接积分法和NASTRAN有限元程序对Φ3800整流罩在16只爆炸螺栓起爆分离下引起的弹射筒锁紧销动载荷进行了仿真分析。分析与试验结果对比分析表明,数据规律一致性较好,计算结果具有较高的可信度。文章较好地解决了高频冲击响应计算不易收敛和高阶模态精度差的问题。将分析方法应用于其它类似型号的整流罩,也具有较高的精度。

碰撞引起的宇航设备冲击响应仿真分析

利用运动学、动力学原理、有限元等分析方法对宇航设备在碰撞过程中的碰撞速度、撞击力、静强度、动力学响应等进行了仿真分析,由于碰撞力无法直接测量,应用碰撞理论和简化假设处理,计算得到碰撞力的分布函数,通过应用有限元理论和通用有限元程序NASTRAN,建立了研究对象的有限元模型,计算得到结构力学响应并结合以往的环境试验结果,验证了局部应力过高导致次结构破坏的现象,得出了主结构内部无法检测部件的环境适应性结论。还将理论仿真结果与模拟试验测量结果进行了对比分析,计算结果与实测结果有较好的一致性。分析表明,利用运动学和碰撞的有关理论可以较好地模拟文中设备的碰撞过程,对于撞击力的分布服从半正弦分布的假设在工程实践中是可行的。计算结构频率耦合作用而产生的结构内部放大或衰减效应。

液体火箭纵向耦合振动特性的快速求解方法

针对POGO稳定性分析方法中矩阵法难以进行特征值求解这一问题,在其基础上对扰动力的阻抗函数矩阵进行有理多项式逼近,采用引入辅助变量的技术,将结构与推进耦合系统的控制方程等效地变换成与结构动力学方程一致的形式,因此可以通过快速求解矩阵特征值来确定耦合系统的动力学特性,判断系统的稳定性。经过验证,此方法不仅求解快速,且具有很高的精度。

推进剂与贮箱液固耦合振动的动力学分析

分析液体燃料运载火箭的推进剂及贮箱的耦合振动时,为了精确建模、工程化快速计算及为火箭整体系统提供液固耦合燃料系统等效模态参数,根据有限元方法得到包含液体节点压力和结构节点位移的非对称形式的耦合动力学方程组,将表征液体运动的节点压力缩聚到液体自由面,使得方程对称化。通过等价Laplace方程边值问题的求解,得到耦合动力学方程中液体对结构的附加质量矩阵、附加刚度矩阵及耦合项。简易贮箱液固耦合模态分析的算例结果表明,该分析方法能够精确、快速地获得液固耦合系统的模态频率等动力学特性。从而使得高效率的液固耦合动力学分析在工程上应用成为可能,并为运载火箭等复杂液固耦合结构的有限元建模由简化模型向三维精确模型建立和工程化应用建立了基础。

基于传递函数的星箭耦合载荷分析

分别对运载火箭和卫星进行频率响应分析。在取得离散形式的频率响应分析结果基础上,采用有理多项式拟合技术,将火箭和卫星的频率响应函数转化成以部分分式表示的传递函数。根据星-箭对接的力学条件,可以在Simulink平台上建立起星箭耦合载荷系统模型。对此模型进行仿真便可得到在外力作用下星箭耦合载荷系统的瞬态动力响应。分别以简单的质量-弹簧模型、以及星箭耦合载荷模型验证了方法的正确性。基于传递函数的星箭耦合载荷分析方法,将柔性结构的动力学计算纳入到系统仿真的框架之中,为进一步实现结构-气动和伺服控制系统的耦合分析奠定了基础。该方法也为将火箭和卫星实测的频响特性直接应用于星箭耦合载荷分析创造了条件。

冲击减缓蜂窝结构的系统非线性动力学分析研究

面向各行业中大冲击造成电子、光学和其他敏感装置破坏的实际问题,蜂窝结构以其质量轻、比强度高、比刚度高、能量吸收性好等特点被广泛运用。为进行蜂窝结构参数的优化设计,需针对采用蜂窝结构用于减缓冲击的系统进行瞬态响应分析,通过分析蜂窝结构冲击减缓过程中的受压力学特征,依据蜂窝压缩性能试验将其等效处理为力与压缩位移的关系曲线,并在NASTRAN软件中提供的非线性单元CBUSH1D进行实现,最后采用其非线性求解器SOL129对系统动力学方程进行隐式非线性迭代计算,敏感载荷位置的分析结果时域曲线衰减趋势基本一致、最大值误差24.5%,表明该等效处理方法能够适用于工程中冲击减缓用蜂窝结构的系统瞬态冲击动力学仿真及响应预示。

变质量贮箱类流固耦合系统的振动响应及时频特性分析

研究了变质量贮箱类流固耦合系统的动力学特性。根据虚拟质量法,使用有限单元法构建了变质量贮箱类流固耦合系统的动力学模型,建模过程中着重考虑了质量变化对系统的影响。通过Newmark直接积分法计算出变质量贮箱时变系统的振动响应,分析了不同质量变化率对变质量贮箱系统动力响应的影响,并借助平滑伪Wigner-Ville变换获得变质量贮箱时变系统的动力响应时频谱。结果表明:由于系统质量减少,引起了系统振动频率的增大,并产生一个附加的负阻尼。这个负阻尼的大小与系统的质量变化率成正比。对比不同质量变化率和不同结构阻尼变质量贮箱的动力响应及时频特性,系统的振动频率的范围可以通过系统质量的范围确定,而且当附加负阻尼的作用超过系统结构阻尼的作用时,会使得系统的振动振幅增大,引起系统的不稳定。平滑伪Wigner-Ville变换是处理非平稳信号的一种有效工具。

星箭力限试验条件设计研究

阐述了星箭振动试验过程中的过试验现象及其机理,分析了几种常用的力限试验条件设计方法。通过建立星箭分析模型,利用三种分析方法进行了星箭力限试验条件的计算,并与星箭耦合分析、振动台仿真分析结果进行了对比。表明如果两个子系统的有限元分析模型和外载荷在分析频段均可靠,直接通过有限元软件获得界面力和界面加速度,并进一步得出二者的转换关系,应更有应用价值。在有限元模型不可靠或星箭结构方案设计阶段,基于复杂二自由度模型的简化分析方法,可以较好地得到力限试验条件。

液体火箭纵向耦合振动建模及其动态特性分析

针对液体火箭结构-推进系统的纵向耦合振动问题,建立推进系统各个组件的时域动力学模型,推导出结构-推进耦合系统二阶线性微分方程形式的控制方程。该方法能快速求解得到耦合系统的全部特征值,而且还能在此基础上分析特征值关于蓄压器和泵的物理参数的灵敏度,为液体火箭推进系统的参数优化提供技术手段。

充液柔性航天器刚-液-柔耦合动力学研究的凯恩方法

借助凯恩方法对携带太阳能帆板的充液航天器耦合系统进行动力学建模,采用六自由度描述航天器的轨道及姿态运动,由运动脉动球模型模拟贮箱内液体燃料的晃动,根据几何非线性变形的假设引入太阳能柔性帆板的动力刚化效应并建立了航天器刚-液-柔耦合系统动力学模型。最后,为了验证理论的正确性和模型的合理性进行了数值仿真,结果表明微重力环境下液体晃动对航天器姿态机动将产生明显的干扰;随着重力效应的增加液体晃动对航天器姿态机动的干扰愈发明显,而刚液柔耦合效应对航天器的姿态机动具有不可忽视的影响。研究成果对复杂航天器动力学分析与总体设计有重要参考意义。

航天器系统级减振/隔振应用研究及其进展

研制减振、隔振系统对于改善卫星在火箭主动段飞行中的动态环境,降低卫星主结构的低频动力学载荷,提高卫星的可靠性具有重要的实际应用价值。对系统级减振、隔振在航天中应用进行了综述,并对目前国内航天在整星减振隔振研制中遇到的问题及进展情况,进行了介绍,对后续发展进行了展望。

新一代运载火箭整流罩全频域声振分析及隔声降噪研究

介绍了新一代运载火箭整流罩全频域声振分析及隔声降噪研究。阐述了全频域分析用于中频的有限元结合统计能量(FE-SEA)混合分析方法的基本原理。以新一代整流罩为研究对象,分别用有限元(FEM),FESEA,统计能量(SEA)法建立了低、中、高频段的整流罩模型,分析了整流罩内有效载荷的噪声环境和随机振动响应。比较了复合材料和金属材料整流罩的降噪效果,发现在中低频段复合材料整流罩的隔声效果优于铝合金,在中高频段铝合金整流罩的隔声效果更好。为进一步改善复合材料整流罩内噪声环境,通过在整流罩内贴吸声材料对整流罩进行隔声降噪,结果表明在整流罩内壁增加聚酰亚胺泡沫可明显降低高频段的噪声,提高整流罩的隔声降噪能力,内声场随吸声材料厚度增加而降低(厚度20,30,50mm分别可降低2.1,5.38,9.51dB)。

卫星元器件抗辐射指标优化分析

目的在航天器设计中对选用的电子元器件提出了抗辐射指标要求。随着航天器设计寿命增加,对元器件提出的抗辐射指标越来越高,因此需要优化对元器件的抗辐射指标要求,以降低因辐射指标不满足而限制元器件的选择范围。方法通过对国内外抗辐射指标体系的对比分析和典型轨道、典型器件的数据分析,探讨总剂量指标的优化方法。对在轨翻转概率的影响因素进行分析,并采用典型数据的单粒子翻转概率评估,明确采用单一LET阈值指标的局限。结果总剂量效应和单粒子效应指标均有优化的方法和空间。结论通过对辐射环境的细化分析,降低辐射设计裕度,可降低总剂量的辐射指标要求。结合单粒子效应的应用需求以及防护设计,降低对器件LET阈值要求。

控制器组件γ瞬时辐射效应研究

瞬时电离辐射在电子器件内部形成的光电流可引起器件输出扰动,导致电路中部分器件受电源、输入信号及自身产生光电流扰动的多重影响,而单独对器件进行试验无法反映γ瞬时辐射输出扰动在电子组件系统中的传递影响.为此对由DC/DC、稳压器、单片机CPU,FPGA 等组成的控制器组件在2.8×10^5-1.7×10^7Gy（Si）/s的范围内开展了γ瞬时辐射效应的试验研究.试验中对组件功能和器件参数的测试结果表明,在较小的瞬时剂量率下,部分器件输出受到影响,但组件功能正常;较大剂量率时,所有器件均受影响,且组件功能中断.同时观测到瞬时辐射形成的扰动信号在器件间传输现象.

短时傅里叶变换在火箭遥测数据处理中的应用

时频分析是分析时变信号和非平稳信号的重要手段,短时傅里叶变换是时频分析最基础也是最常用的方法,能够弥补经典的傅里叶变换的不足。运载火箭低频振动问题一直困扰航天工程人员,解决该问题首先是找出低频振动出现的规律。本文首先介绍了短时傅里叶变换的原理,并将其应用在运载火箭遥测数据低频振动信号处理中,将其与经典傅里叶变换做了比较。通过应用该方法到历发火箭的遥测数据中,就可以找出火箭低频振动规律,为解决该问题提供数据支撑。

支承舱减振性能分析

支承舱是运载火箭与航天器之间的重要连接结构,支承舱的振动特性是力学环境设计需要考虑的因素之一.本文从振动环境控制的角度进行支承舱结构动力学分析,阐述了一种基于支承舱振动特性研究的改善航天器力学环境的方法.在有限元建模过程中,引入了材料级性能试验.计算并比较了不同材料支承舱结构对航天器振动环境的作用,比较了连接面形式对振动环境的影响.基于分析结果给出了进一步研究的建议.

航天器双圆柱薄壳结构的承载实验及结构优化

双圆柱筒薄壳结构作为一种特别的结构形式,在航天器主结构承载方面有特殊应用需求。本文从实验目的、原理、多方案比较、数据分析、实验与仿真计算结果比对及优化设计等方面,对双圆柱筒薄壳结构的承载形式进行了实验研究。实验结果表明双圆柱筒薄壳结构可以有效实现联合承载,通过对有限元仿真结果与实验数据的对比,验证了有限元计算模型合理有效,基于该计算模型开展了双圆柱筒薄壳结构的优化设计,为其工程实际应用奠定了基础。

应力-强度模型的干涉区与可靠度研究

分析了应力强度干涉理论的干涉区面积与可靠度关系,用三维模型展示了可靠度的直观几何意义,修正了有关论著中认为干涉区面积等于不可靠度的观点。由直观的几何意义分析了干涉区与不可靠度的关系。

辐射效应对模拟电路可靠性的影响分析

分析了空间辐射环境对模拟电路形成的典型辐射效应,总结了各种效应的损伤模式及其影响因素,讨论了其对电路系统可靠性的影响,并提出在空间环境下提高模拟电路可靠性的应用设计方法,供设计人员参考。