芯片用金刚石增强金属基复合材料研究进展

随着电子设备集成化程度越来越高,对高导热封装材料的需求也越来越大,金刚石增强金属基复合材料凭借其高导热性能成为研究焦点。然而,由于金刚石颗粒与金属基体之间的不润湿特性,具有高导热性的金刚石增强金属基复合材料难以制备。文中综述了金刚石增强金属基复合材料的研究进展,包括界面改性、工艺参数优化和复合材料制备方法,并指出了金刚石增强金属基复合材料目前存在的问题和今后的研究方向。

弱刚性构件双机器人协同加工振动抑制方法

针对弱刚性航天器舱体壁板多任务并行加工的振动抑制需求,研究了弱刚性构件在切削激励作用下的振动产生、传播与耦合机理,提出了基于双加工激励相位差控制的弱刚性构件双机器人协同加工振动抑制方法,并以薄壁舱体壁板为对象进行了仿真与试验研究。结果表明,该方法能够有效实现振动抑制,验证了其正确性与有效性,为多机器人协同原位加工的复杂振动抑制难题提供了一种新思路。

柔性工装装夹下复合材料薄壁件铣边变形预测

针对复合材料薄壁件在阵列式柔性工装装夹下进行铣边加工的变形问题,通过有限元软件ABAQUS对其铣削过程进行模拟仿真。研究了POGO柱间距、POGO柱到边沿的边距,以及复材薄壁件主要纤维角度对铣边变形的影响规律。提出了柔性装夹时的薄壁件变形预测方法,可以有效预测间距、边距、角度等参数影响下的薄壁件的变形,对薄壁件边沿自重变形预测的误差值最大为3.6%,对薄壁件边沿外力变形预测的误差值最大为2.70%。

双机器人基准特征识别与位置补偿技术

针对自动化装配中由于产品制造、装夹和系统标定等多元累计误差造成的机器人加工位置不确定问题,提出基于线扫描仪双级模板匹配的基准特征识别和双机器人定位补偿算法。设计末端基准检测模块,实现基准孔点云获取;通过点云预处理、模板构建和双级模板匹配实现基准孔特征识别,确定圆心坐标;针对机翼中不同加工序列,利用直线式局部基准和四点式全局基准补偿方法实现双机器人协同位置补偿。针对系统基准检测精度和位置补偿效果进行验证试验。试验结果显示:系统基准检测精度达到0.048 mm,基准补偿后加工点位置精度提升了82.79%,满足机翼装配的精度指标。

含多壁碳纳米管的可炭化导电聚合物点火特性实验研究

针对微纳卫星混合推力器低功耗重复启动需求,提出了一种基于含多壁碳纳米管的可炭化导电聚合物的电弧点火技术。阐述了该可炭化导电聚合物的制备与加工过程,对可炭化导电聚合物的材料性能进行分析;搭建了相应的可视化点火诊断系统,对点火过程及其点火机理进行研究。在此基础上,分析了不同外部负载电压(40~60 V)和初始温度(-15~45℃)条件下,可炭化导电聚合物的点火特性。实验结果表明:添加碳纳米管可以显著提高聚合物的导电性能和导热性能,有效降低点火所需外部负载电压;可炭化导电聚合物在不同气体环境下的分解趋势基本一致,点火温度约为375℃;可炭化导电聚合物的整体点火过程主要包括热解潜伏阶段、混合与反应阶段、点火阶段以及传播阶段,残炭结构的生成及持续传热是实现点火的关键;提高负载电压及点火装药表面温度能够有效缩短点火延迟时间及减少点火所需的外部能量,但变化幅度随着电压和表面温度的升高而减小;负载电压和表面温度的大小对点火后的初始火焰传播影响过程不大。

航空航天结构轻量化设计制造技术发展现状与挑战

轻量化技术是指在满足结构性能需求的前提下,通过对材料、结构和制造工艺等方面的优化,减少结构质量的技术,已经成为新一代航空航天装备发展的关键技术之一。本文首先分析了轻量化技术的发展历程。其次,从设计原理、组成方式和优化方法角度,介绍了仿生结构设计、胞元结构设计和高效拓扑优化设计三类轻量化设计方法。然后,从轻量化制造工艺和模式的角度阐述了增材制造、协同制造和复合材料制造在航空航天结构轻量化制造中的应用。最后,讨论了轻量化技术面临的挑战和未来的发展。

基于悬垂识别的激光扫描路径分区域规划方法

扫描路径规划是激光选区熔化(SLM)增材制造技术的关键工艺策略,结合三维模型的显著结构特征实现工艺路径的规划,是改善零件成形质量的重要措施。提出了基于悬垂识别的SLM分区域路径规划方法,通过识别三维模型的悬垂特征区域,结合轮廓偏置算法实现成形区域的分割及扫描路径的规划。采用数值模拟与工艺实验相结合的方法,研究扫描线角度、层间旋转以及不同偏置距离等分区域路径规划参数对悬垂结构特征成形质量的影响规律。结果表明,当悬垂边偏置合理距离且该区域采用平行于悬垂边的扫描策略时,其悬垂边上的变形与残余应力最大可降低54%与73%。

微纳卫星与非合作翻滚目标对接的模型预测控制

针对多约束下微纳卫星与非合作翻滚目标对接过程中的位置跟踪与姿态同步问题,设计了基于模型预测控制(MPC)的对接控制器。首先,考虑动力学耦合问题,建立了六自由度姿轨耦合相对动力学模型。然后,充分考虑了可能存在的实际工程约束,包括输入饱和约束、移动过程中的速度约束、追踪星光学设备视场约束、安全接近走廊约束等,设计了基于MPC的对接控制器,确保精确完成对接操作的同时尽量减少推进剂消耗以获得最优接近轨迹。最后,仿真结果说明了本文所提出控制策略的有效性和鲁棒性,所设计控制器可以在满足多种约束的基础上,实现微纳卫星对非合作翻滚目标的对接,并对干扰具有鲁棒性。

航天器多约束交会的仅测角导航最优多目标闭环制导

研究了航天器多约束交会的仅测角导航最优多目标闭环制导问题,优化目标包括交会时间、燃耗和仅测角导航可观性指标,并考虑了视觉传感器视场角、推力器推力幅度和最小安全距离等各种约束条件,建立了多约束、多目标优化下的仅测角导航和闭环制导问题的数学模型,分析了仅测角导航和闭环制导之间的耦合关系。最后,通过Matlab遗传算法工具箱中的多目标优化函数,求解得到了该多目标优化模型的Pareto最优解集,结果显示交会时间、燃耗和仅测角导航可观性指标不能同时达到最优,存在相互制约关系,即提高其中一种优化目标的性能会降低其他优化目标的性能。

“田园一号”微推进系统设计与性能测试

针对“田园一号”微纳星编队飞行任务的技术需求,开展了微推进系统的总体设计。常规冷气推进由于其比冲低、贮存压力高、结构复杂,难以满足微纳卫星需求。选择R134a作为推进工质,通过将推进剂液化,减小系统体积。基于3D打印技术,设计贮箱、稳压罐、管路一体的推进系统。采用MEMS加工工艺,设计并研制出电加热喷口,从而提高系统比冲。分析了不同喷口尺寸、供气压力以及温度下所产生的推力和比冲大小,确定出喷口设计。表征测试所研制的电加热喷口,结果表明喷口加工误差控制在2%以内。真空条件下,采用扭摆测量系统测试推力器推进性能,测试结果表明,当稳压罐内气体压力在0.1~0.2 MPa变化时,推力大小为5~10 mN。当喷气温度从25℃升至95℃时,推进系统比冲可提升10%以上。

微纳卫星动量轮神经网络全局快速终端滑模控制

针对存在参数不确定性和外界未知干扰的微纳卫星动量轮转速跟踪控制问题,建立了包含模型不确定性和外部干扰的动量轮系统动力学模型,并提出了一种自适应神经网络全局快速终端滑模控制方法。首先,在无外部干扰情况下,设计了全局快速终端滑模控制策略以加快系统响应速度,实现系统有限时间稳定。其次,利用径向基函数神经网络对系统参数不确定性和外部干扰进行估计并补偿,并利用李雅普诺夫方法推导出神经网络自适应律,通过自适应调节网络权值确保系统在存在干扰的情况下实现系统稳定。最后通过仿真对比验证,本文设计的控制器不仅响应速度快,而且具有更好的抗干扰能力和鲁棒性。

旋转超声铣削碳/碳复合材料表面三维粗糙度研究

为了改善碳/碳复合材料铣削表面质量,提升其使役性能,开展了旋转超声铣削碳/碳复合材料表面粗糙度的研究。首先研究了端铣表面三维粗糙度Sa、Sq、Sku和Sdr随主轴转速、进给速度、切深和超声电流的变化规律。其次,分析了旋转超声侧铣对不同纤维切角下三维粗糙度的影响特性。最后分别从端铣和侧铣的角度讨论分析了超声振动对表面质量的改善机理。试验结果表明:施加超声场能后端铣表面粗糙度幅度参数Sa和Sq不仅降低了约20%,而且随加工参数的增加,波动性减小,变化趋势更加明显。侧铣时超声振动使得碳/碳复合材料在不同纤维切削角下的Sa和Sq减小了10%~33%。此外,旋转超声铣削表面界面扩展比Sdr在端铣和侧铣中都有较大幅度的减少,最高可达65%,有效减少了碳/碳复合材料表面的空隙和裂纹。

航天器中远距仅测角导航硬件在环测试的光学模拟器设计

设计了一种航天器中远距仅测角导航硬件在环测试的光学模拟器,可对仅测角导航视觉传感器的硬件、软件和算法的性能及可靠性进行验证。首先对该光学模拟器进行了系统描述,包括硬件组成和星图模拟软件设计。硬件选用的都是商用、现成的部组件,可大幅节约研发成本,缩短开发周期。其次,重点阐述屏幕亮度与恒星星等之间的关系,以及该光学模拟器的光学原理。最后对该光学模拟器的星图模拟进行实验测试,并介绍了一种基于Clohessy-Wiltshire (CW)方程的仅测角导航模型,用于硬件在环测试。验证了几何校正后的光学模拟器完全满足航天器中远距仅测角导航硬件在环测试要求,并得出相对于几何校正前,终端时刻的相对位置精度提高了25.5%,相对速度精度提高了31.3%。

Optimal maneuver strategy to improve the observability of angles-only rendezvous

This paper proposes an optimal maneuver strategy to improve the observability of angles-only rendezvous from the perspective of relative navigation.A set of dimensionless relative orbital elements(ROEs)is used to parameterize the relative motion,and the objective function of the observability of anglesonly navigation is established.An analytical solution of the optimal maneuver strategy to improve the observability of anglesonly navigation is obtained by means of numerical analysis.A set of dedicated semi-physical simulation system is built to test the performances of the proposed optimal maneuver strategy.Finally,the effectiveness of the method proposed in this paper is verified through the comparative analysis of the objective function of the observability of angles-only navigation and the performances of the angles-only navigation filter under different maneuver schemes.Compared with the cases without orbital maneuver,it is concluded that the tangential filtering accuracy with the optimal orbital maneuver at the terminal time is increased by 35%on average,and the radial and normal filtering accuracy is increased by 30%on average.

基于精确Cosserat模型的柔性线缆物理特性建模与变形仿真技术

复杂机电产品中柔性线缆敷设时空间位姿和形态易发生变化,从而导致线缆在敷设过程中线缆取样信息不准确,严重影响线缆敷设效率.为此,提出一种基于精确Cosserat模型的柔性线缆物理特性建模与变形仿真方法.该方法针对线缆大变形特性,先建立线缆活动标架和线缆参数化模型,并分析线缆的空间演化过程;其次对线缆空间位姿和形态进行描述,综合考虑线缆的几何特性和物理特性建立了基于精确Cosserat模型的线缆物理特性模型,构建出柔性线缆的动力学平衡方程;最后对模型进行数值积分求解,模拟线缆在敷设过程中的变形过程.文中设计并开发了相应的柔性线缆布局仿真原型系统,并通过实例对文中方法进行了验证.

基于距离场和扫掠剪除算法的线缆碰撞检测技术

针对线缆具有柔性可变形特性而引起线缆碰撞检测难的问题,提出了基于距离场和扫掠剪除算法的线缆碰撞检测方法。基于距离场的碰撞检测方法主要用于检测线缆与线缆、线缆与结构件之间的碰撞:首先通过建立线缆体廓包围球,完成线缆多细节层次球面调和的表达;然后生成三维距离场映射,获取线缆或结构件表面法向量和穿刺深度等碰撞反馈信息。基于扫掠剪除算法的碰撞检测方法主要用于检测线缆的自碰撞:先构建线缆分段数学模型,然后通过线缆离散点扫掠剪除完成线缆自碰撞检测。最后对算法进行了验证,算法具有较好的准确性和快速性,可以满足工程实际的要求。

轻量化异构三维点阵融合设计及界面力学性能分析

基于异构三维点阵的融合设计方法有望为航空结构的减重增效带来全新途径。针对现有的异构点阵结构设计方法在过渡边界存在极小杆径、拓扑不连续、承载能力弱等问题,提出了基于子结构参数调控的异构三维点阵过渡界面优化设计策略,通过调节不同点阵构型过渡区域的连通性,实现了异构点阵融合边界的几何高阶连续优化。以此为基础,进一步分析了不同排列模式对异构点阵结构变形行为和承载能力的影响规律,建立了异构点阵结构几何参数–性能的理论预测模型。试验结果表明,相较于传统异构点阵设计方法,本文提出的方法结构强度提升52.2%。此外,合理的界面形态能够有效传递载荷,避免结构在界面处发生灾难性破坏。

卫星隐身技术研究进展及发展趋势

卫星隐身技术在空间攻防系统中占有独特的地位,与在地面装甲车辆、舰船、飞机上应用的隐身技术有一定的相似之处,但由于卫星研制条件以及所处的太空环境不同,卫星隐身技术的研究及应用更具有挑战性。基于卫星工程应用,归纳了卫星隐身需求、应用环境等,重点介绍了国际前沿隐身技术,包括雷达隐身手段、红外及可见光隐身手段,同时探讨卫星隐身的技术瓶颈及未来展望,促进隐身技术在卫星上的应用。

机器人旋转超声铣削铝合金实验研究

针对机器人铣削过程中因刚度不足导致的铣削力过大,进而引起机器人加工精度低的问题,该文提出了一种基于旋转超声的机器人铣削加工方法。基于KUKA工业机器人开展机器人旋转超声铣削和普通铣削对比实验,探究旋转超声加工与工业机器人结合的可行性。分析了超声振动对铣削力、颤振和表面精度的影响规律。实验结果表明,超声振动可使铣削力降低22%,且颤振振幅降低25%以上,同时高频的振动冲击可有效抑制颤振,改善表面质量。

熔融沉积成形制件表面粗糙度预测模型

针对熔融沉积成形的制件表面较为粗糙这一问题,通过试验方法分析关键工艺参数对表面粗糙度的影响,重点分析层厚和挤出宽对制件表面粗糙度的影响,研究成形过程中丝材截面的变化情况与侧表面轮廓的形成过程,建立表面粗糙度预测模型,并进行试验验证。研究结果表明:2组试验中,模型预测的表面粗糙度和实际测得的表面粗糙度的平均相对误差分别为6.25%和5.04%,证明了该模型的可行性。