点式星箭分离冲击环境减缓设计与减冲性能试验验证

为改善点式星箭分离冲击环境,优化连接解锁装置设计,研究了点式星箭分离装置的冲击传递机理。以星箭接口不变为前提,提出对应减冲措施:在火工品收集筒顶部增加蜂窝和橡胶垫,以降低火工品结构残体碰撞产生的二次冲击;增加不同材料的垫片,以减弱药剂爆炸冲击作用。初步仿真分析表明,采用镁合金、不锈钢、玻璃钢组合垫片的减冲效果较好。减冲性能验证试验结果表明:增加蜂窝和橡胶垫后,二次冲击现象不再明显;在冲击传递路径上增加3 mm和1 mm厚度的组合垫片,卫星侧冲击响应分别降低了43.3%和39.5%。研究提出的减冲措施以及试验验证结果对点式星箭分离冲击环境改善具有工程指导意义。

一种适合组批部署的小卫星构型与结构设计

针对目前质量在150~300 kg小卫星的构型与结构设计存在定制化设计,面向多种载荷布局、多型运载火箭发射环境、组批快速部署的适应能力不强的问题,文章设计了一种适合组批部署的双隔板四点连接式小卫星构型与结构,采用标准主承力结构,构型截面可变,结构主承力接头X向间距可调,并开展了结构分析及优化设计。经验证表明:在可调设计范围内,结构一阶固有频率变化小于2 Hz,最小值为40.8 Hz,主承力结构最低安全裕度为0.28,可满足我国多型运载火箭的要求,具有多种载荷布局适应性强、多型运载火箭发射环境适应性强、组批快速部署适应性强的特点,可为同类型组批部署需求的小卫星设计提供参考。

典型舱段结构高频振动仿真分析方法

针对高频振动试验仿真分析中面临的网格依赖性和不确定性因素敏感性等问题,以防空导弹典型舱体结构为对象,开展舱体结构与振动台的有限元-统计能量法(FE-SEA)耦合建模方法研究。通过分析频率特性,确定了舱体结构的子系统划分原则与方法,基于VA one软件平台建立了舱体结构的统计能量分析模型;采用基于波动耦合的混合模型法分析了有限元模型与统计能量法模型之间的能量传递关系,建立了舱体结构与振动台的FE-SEA耦合分析模型,对典型舱体结构的随机振动响应进行了仿真分析;开展了典型舱体的随机振动试验,舱体结构速度、加速度响应在各频段均方根(RMS)值的仿真结果与试验数据有较好的一致性。研究结果表明:FE-SEA分析方法突破了随机振动响应问题中的高频耦合建模难题,其高频振动试验的仿真预示精度达到±3 dB。

空间站梦天实验舱构型与布局设计及验证

针对梦天实验舱支持货物自动进出舱和科学载荷试验的任务需求,以及大质量、大尺寸的构型特点,结合天宫空间站双自由度对日定向的整体构型要求,从总体构型和布局2个方面,梳理梦天实验舱的设计约束、设计理念和技术实现途径,介绍梦天实验舱的构型与布局设计状态。通过仿真分析、试验模拟、在轨飞行等验证手段,验证设计效果,分析、总结梦天实验舱总体构型及布局特点,可为同类航天器的总体设计提供借鉴作用。

复杂工程系统设计方案评价方法综述

工程背景为航天器舱的布局优化设计问題,为此我们研究了多种具有实用性的布局优化算法,并依据这些算法得出了多种不同的布局设计方案。航天器舱是一个复杂的工程系统,在概念设计阶段,能否对这些布局设计方案做出客观评价将最终决定整个系统设计质量的优劣乃至其成敗,因此系统方案评价工作十分重要。基于此,对国內外目前常用的系统方案评价方法的理论及其特点进行了研究,归纳为如下几类:层次分析法、模糊评价法、灰色理论法、物元分析法、聚类分析法、价值工程法、神经网络法以及综合评价法等,并简要介绍了各种评价法在工程领域中的应用情况,并就目前尚有待深入研究的问题进行了探讨。

复合材料圆柱壳失稳载荷的振动监测

本文根据结构振动与稳定性的相关性,以振动频率测试值作为监控参数进行了复合材料圆柱壳的失稳状态监测.该方法首先利用模态试验,测量得到了复合材料圆柱壳在轴压和外压载荷作用下的模态特性变化特性,进而利用一阶固有频率在低载荷下的这种变化特性,采用多项式拟合法,无损预估了复合材料圆柱壳的轴压和外压屈曲载荷,估计值与试验测试结果比较一致.

压电作动器用于振动主动控制技术的研究

从理论和实验两方面分析了利用压电作动器进行柔性结构振动主动控制的机理，从能量的角度对施加控制时悬臂梁自由衰减振动的阻尼比进行了理论计算，得出了主动阻尼比与反馈增益之间的关系。建立相应的实验系统。

航天器宽带随机振动响应分析

简要介绍了航天器宽带随机振动试验和分析的必要性以及世界上相关预示技术的发展与现状 ;然后以某卫星为例 ,利用有限元方法和统计能量分析( SEA)对整星的宽带随机振动力学环境进行了预示 ;经过与试验结果的对比 。

蜂窝夹芯板超高速碰撞仿真

蜂窝夹芯板是一种多用于航天器的特殊结构,采用光滑粒子流体动力学算法(SPH)对蜂窝夹芯板进行超高速碰撞研究时主要存在2个问题:蜂窝芯的几何建模过程复杂;蜂窝芯层非常薄,为保证仿真精度采用相等的粒子间距必然生成超过计算容忍的粒子数量.结合参数化程序设计语言(APDL)、用户界面设计语言(UIDL)进行结构建模,编制了AP-DL生成蜂窝芯的程序,采用UIDL将该程序集成到ANSYS交互式界面中,能够方便快捷的生成任意尺度的正六边形蜂窝芯.针对此方法得到的模型,采用SPH单元与壳单元相结合的方法,其中蜂窝芯采用壳单元,入射体、蜂窝夹芯板的前、后面板采用SPH单元,对蜂窝夹芯板进行了超高速碰撞仿真研究.仿真结果与相关试验进行了对比,仿真得到的后板破口尺寸与试验比较接近,证实了该方法适用于蜂窝夹芯板的超高速仿真.

一种新的卫星超高速撞击解体阈值模型研究

为定量描述卫星在超高速撞击下的解体阈值与解体程度,本文提出了一种新的卫星解体阈值模型,即用能量密度em(来袭物动能与卫星在撞击通道内的质量之比)的大小来判断卫星是否发生解体,用卫星解体后碎片累积质量统计曲线中平滑无突变部分的碎片质量与碎片总质量之比μc来描述卫星的解体程度,μc越大,卫星解体程度越高。采用数值仿真方法获得了卫星最小解体撞击能量密度阈值为3.62×102J/g,研究了不同em和不同η(卫星在撞击通道内的质量与卫星总质量之比)条件下卫星解体碎片的统计规律,建立了μc与em和η之间的函数关系,初步完成了这种新的卫星超高速撞击解体阈值模型的构建。

基于HyperMesh的某航天产品结构螺栓连接处理方法研究

目的为具有多螺栓连接复杂结构、处于在研阶段的某航天产品提供螺栓连接处理方法。方法利用Hyper Mesh软件,选择4种螺栓连接处理方法,建立组件有限元模型,进行模态分析,比对其固有频率与振型;对具有螺栓连接的简单结构,采用同样计算方法,比对计算和试验验证结果。结果 4种螺栓连接处理方法得到的低阶振型一致,但固有频率有所区别。结论实体螺栓处理方法适合于该产品改进设计需求,该方法可为类似结构的建模及分析提供参考。

基于多学科设计优化弹道导弹概念设计研究

为提高弹道导弹概念设计中各学科的协同效应,缩短概念方案研制周期,以设计出综合性能更好、效能更高的飞行器方案,以iSIGHT为集成与优化平台,建立了多学科设计优化弹道导弹概念设计系统,综合弹道导弹概念设计各个学科的知识,应用有效的设计/优化策略,来组织和管理弹道导弹概念设计过程。将混合优化策略应用于弹道导弹重量、弹道和动力一体化优化设计,很好地解决了各学科间复杂耦合带来的计算问题,给出了方案优化结果,证实了该算法的有效性。

火箭动特性的缩比模型及建模分析

论述了国外运载火箭动力学相似模型的研究动态 ,对缩比模型设计和制造中的有关问题进行了讨论 ,对缩比模型的三维建模理论和建模方法进行了研究 ,探索了采用 NASTRAN的RBE3单元进行液体推进剂模拟 ,采用 DMAP程序语言进行了矩阵缩减和模态质量矩阵的提取 ,并以 CZ- 2 E/ A火箭缩比模型为例 ,进行了理论与试验的相关性分析。

航天器随机振动设计载荷有限频段法研究

针对航天器随机振动设计载荷全频段法往往过于保守的问题,根据随机振动理论,分析了航天器随机振动设计载荷有限频段法的原理;在白噪声基础激励下,比较了有限频段法与位移等效法的设计载荷。结果显示:在单自由度弹簧质量模型下,有限频段法与位移等效法结果基本相同;在二自由度弹簧质量模型及整星模型下,有限频段法要大于位移等效法的设计载荷。以某卫星为例,分析了结构随机振动响应。分析结果表明:航天器不同结构的收敛频率不同,不同方向的位移收敛频率也不同,因此,应根据结构响应收敛频率来确定有限频段法截取频率。

返回器着陆缓冲技术途径综述

返回器在着陆或着水瞬间将受到一定的冲击载荷,为了保护宇航员及器上产品的安全,返回器需要具备着陆缓冲能力。文章对返回器当前主流的着陆缓冲方式进行了分析和比较,包括主结构着陆缓冲、海面溅落式缓冲、气囊式着陆缓冲、反推发动机着陆缓冲等,并对月地高速再入返回飞行器、MPCV和CST-100等典型返回器的着陆缓冲设计及验证进行了分析;另外,还对着陆腿式着陆缓冲、反向重构式着陆缓冲、充气隔热罩着陆缓冲等返回器新型着陆缓冲方式进行了详细介绍。对返回器的各种着陆缓冲方式进行了分析、归纳和比较,并根据分析结果给出了返回器着陆缓冲途径研究的启示与建议。

柔性自适应桁架结构的振动控制方法实验研究

为提高结构对外部环境的抗干扰能力,构造了空间柔性自适应桁架结构,并对其主动控制进行了研究。通过加速度传感器测量位移的实验,建立了由dSPACE数据采集与处理系统、压电传感器、压电作动器、桁架结构和微机实时测控组成的实时计算机控制系统。基于自适应桁架结构的有限元理论,采用改进的二次积分力反馈控制方法,研究了空间柔性自适应桁架结构的振动主动控制问题。通过正弦激励进行了实时控制实验,给出了控制前后节点18x方向的位移振幅抑制变化情况及功率谱响应曲线。实验研究结果表明,该控制方案对空间柔性结构的低频大幅振动有很好的控制效果。

空间大型桁架式伸展机构的固有特性分析

分析了空间大型桁架式伸展机构的结构特点，指出时变性的处理是该类结构模态分析的一个主要难点，并提出了针对时变结构进行模态分析的逐点固化法。并以一立方体桁架式伸展机构为例，详细探讨了它的有限元建模方法和计算分析过程。最后给出结果与结论。

大椭圆轨道遥感卫星有效载荷安装面热变形抑制方法

针对大椭圆轨道遥感卫星有效载荷安装面在复杂外热流环境下存在较大热变形的问题,文章提出了碳纤维结构铺层优化和柔性连接两个热变形抑制的方案,并分析了两个方案的优缺点。以某大椭圆轨道遥感卫星为例,进行了分析验证,结果表明:采用柔性连接设计方案优于碳纤维结构铺层优化方案,可将因热变形引起的载荷安装面法向变化从672μrad减小至185μrad,更适用于大椭圆轨道卫星不规律多变外热流下有效载荷安装面的热变形抑制。

飞行器宽带声振响应预示技术研究

简要概述声振预示技术的必要性及国内外发展和现状,以某仪器舱为例,利用有限元-边界元和有限元-统计能量分析对仪器舱在宽频段内声激励下的声振响应进行预示,经过与试验结果的对比,验证了上述方法的可行性。

仪器安装板振动环境虚拟试验和验证技术研究

基于商用有限元软件MSC.Patran和Nastran,研究了导弹仪器安装板结构的振动环境预示技术。建立了仪器安装板的三维实体模型,单机仪器使用质点模拟,并通过MPC法与安装板连接;设置了多种阻尼特性,通过模态叠加法预示了该仪器安装板在振动条件下的结构动力学环境,通过振动试验验证了预示结果。研究发现,使用大阻尼能较好地预示该仪器安装板结构的动力学环境。