柔性可展开气动减速技术研究

柔性可展开气动减速技术是航天器进入大气环境后进行进一步减速的、最终实现无损着陆的关键技术,是载人航天、登月返回和火星探测等重大航天任务的支撑技术之一,其研究具有重要的理论价值与工程意义。文章首先基于地球大气不同高度的应用场景,对柔性可展开气动减速在地球及地外空间的拓展应用进行了阐述,进而对柔性可展开气动减速器进行了分类介绍,总结了柔性可展开气动减速技术的发展现状。最后在理论层面分析总结了柔性可展开气动减速技术的内涵,以及涉及的空气动力学、柔性结构动力学以及流固耦合等关键的力学分析技术,并根据研究现状和关键技术,对柔性可展开气动减速装置在未来的应用和技术发展进行了展望。

一种新型充气式重力梯度杆的研制和在轨展开试验

文章对中国"新技术验证一号"卫星搭载的一种新型充气式重力梯度杆的研制和在轨试验情况进行了介绍。重力梯度杆在小卫星控制领域中具有较好的应用前景,而充气结构具有轻质、占用空间小、发射成本低的特点,采用充气式重力梯度杆可避免传统机械式重力梯度杆质量重、尺寸大和机构复杂的缺点,它以充气伸展臂为主要结构形式,通过充气展开伸直成为重力梯度杆,既作为卫星重力梯度杆又通过在轨试验验证空间充气展开结构的性能。在轨试验结果表明充气式重力梯度杆展开稳定、有序、性能可靠,可以满足小卫星的性能和功能要求。该试验也是中国首个成功的充气展开结构在轨技术验证试验,标志着中国的充气展开结构技术初步具备了工程化能力。

航天器柔性主动展开技术与应用进展

针对柔性主动展开技术在航天领域应用过程中的关键问题,调研了航天器柔性主动展开技术的应用现状,并从功能特性和展开形式对航天器柔性主动展开装置进行了分类。通过对航天器柔性主动展开装置工作过程中关键环节的剖析,明确了航天器柔性主动展开技术的技术内涵,归纳形成了折叠包装技术、柔性结构展开过程动力学分析、刚-柔耦合系统动力学分析等技术难点与关键技术。之后,对柔性主动展开技术在基础技术理论方面的关键技术进行了分析总结,梳理了柔性主动展开技术在相关领域广泛工程应用还需攻克的关键技术难题,并对相关研究方向的发展提出了建议,以期能牵引相关技术方向的发展。文章最后,对柔性主动展开技术在各应用领域的应用前景和技术发展进行了展望。

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。

充气展开式新型空间回收技术展望

文章介绍了可充气展开技术的概念及其发展情况 ,对基于此技术回收系统的设计进行了探讨 ,提出了在新型热防护材料基础上 ,将充气展开技术和展开控制等方法相结合 ,应用到回收系统中去的新思路 ,并就未来 10到 2 0年间充气展开技术在回收技术中的应用予以展望。

面向微波电力传输的低成本易部署柔性接收天线阵

文章提出了一种用于微波电力传输(MPT)系统的柔性能量接收天线阵列,具有面积大、成本低、易部署的特点。由于能量接收器表面通常为不平整状态,因此,传统刚性材质天线无法完成共形共面制备。为了适应各种外型的运用场景,文章采用柔性材料设计天线,其介质基板和辐射导体分别基于聚酰亚胺和新型液态金属镓铟合金(其中镓的占比为75.5%,铟的占比为24.5%)。由于MPT应用场景非常复杂多变,故对便携性提出要求。采用折叠/充气展开技术进行结构设计,以实现接收天线阵列收放的便捷性。使用三维电磁场仿真软件(CST)对设计的柔性接收天线从单元到阵列进行仿真,天线工作频点为5.8GHz。最大捕获效率超过55%,并且在弯曲工况下捕获效率超过35%。仿真结果证明了文章工作的有效性和正确性。

基于虚拟样机技术的柔性可展开主镜动力学分析

基于多体动力学分析软件ADAMS,建立了空间望远镜可展开主镜的虚拟样机模型。介绍了ADAMS中柔性体的基本理论及产生柔性体的几种方法,采用在ADAMS中引入ANSYS模态中性文件的方法,将主镜的各分瓣子镜考虑为柔性部件,进而通过动力学仿真,初步探讨了分瓣子镜的柔性对系统动力学特性的影响。

柔性翼飞行器现状及关键技术分析

柔性翼飞行器由柔性翼衍生而来,根据其机翼类型不同可分为充气式和伞翼式。为了研究两类飞行器在工程应用中的实现难度与成本代价,在充分调研两类飞行器的发展及现状的基础上,详细分析了两类飞行器设计过程和工程实现过程,梳理了多个型号柔性翼飞行器的重要技术指标,并根据制作工艺及应用情况提炼了两类飞行器在翼面材料、充气与控制方面等影响柔性翼性能的关键技术。并从工作原理、实现难度及效费比等对比分析了两类柔性翼飞行器的优缺点,指出充气式飞行器由于翼面材料、充气系统及密封性要求,设计难度与实现难度大,但充气环节迅速且稳定;而伞翼式飞行器由于伞绳传递控制,控制精度及执行效率较充气式低。最后归纳总结了两类飞行器的特点,对柔性翼飞行器的工程设计及工程研制提供了参考。

柔性充气结构在无人系统中的应用

柔性充气结构凭借其质量轻、造价低、可折叠展开和控制灵活等优点,在航空航天和软体机器人等领域都有广阔的应用前景,逐渐引起国内外研究者的重视。介绍了柔性充气结构在大面积天线、太阳能电池帆板、遮光罩、充气式太空舱、充气式无人机、飞艇、柔性充气式机器人等不同工业领域内的无人系统的应用与研究现状,分析了柔性充气结构作为承力或功能结构区别于传统刚性结构的特点,并对充气结构研制过程中所面临的关键技术,如高性能柔性气囊材料技术、折叠与展开技术、动力学建模与仿真等进行了总结,旨在为相关领域的研究与应用提供初步参考。

充气展开太空舱的发展历程

近期，国际空间站上比格罗公司充气舱BEAM（可展开活动太空舱，又俗称充气式活动太空舱）的展开引发公众的关注和讨论。实际上此项技术的发展已经将近60年了。笔者试着对充气式可展开技术发展历程做一简单回顾，也许可以为大家系统理解BEAM有所帮助。

充气可展开天线用于应急通信

空间探索活动需要可靠和有效的通信技术。目前，研究人员正在开发一种充气式可展开天线系统。由于其具有轻质、易展开、成本低、存放占用空间小等特点，因此特别适合航天应用。1960年，NASA发射了首个充气式可展开航天结构——用金属膜制成的大型、气球状的“回声”卫星。该卫星主要用作通信信号反射装置，以将信号从地球的一个位置传输到另一个位置。最终，“回声”卫星成功入轨并被用于电话、

新型空间充气展开结构在轨试验成功——北京空间机电研究所携手高校优势互补实现科研实力“1+1>2”

近日，搭载在我国新技术试验-1卫星上的充气式重力梯度杆成功完成了在轨充气展开和成像试验，这是我国首次在轨开展的空间充气展开结构技术试验，标志着我国充气展开空间结构具备了初步工程化的能力。

空间柔性天线展开臂的半主动振动控制研究

大型柔性天线展开臂结构由于其尺寸大,阻尼和刚度小,其振动呈现明显的低频特性,且很难在短时间内迅速衰减,从而影响天线工作性能。传统的被动控制大都采用阻尼材料,通过增加阻尼的方法来进行控制,这种控制方法对低频柔性结构的控制效果是有限的。因此研究带负载的复合材料柔性展开臂结构的振动抑制问题,提出用压电元件粘贴在展开臂结构表面作为传感器和驱动器,用基于同步开关阻尼技术的自适应半主动振动控制方法控制压电驱动器,从而对展开臂结构实现振动控制。完成了展开臂模型的建立和仿真分析,建立了展开臂结构的开关阻尼半主动控制试验平台,设计并制作了控制电路,针对需要控制的结构一阶弯曲模态进行压电元件的合理布设。对不同激励下的振动进行了展开臂结构的控制试验,试验结果显示该方法对带负载柔性天线展开臂结构的振动具有良好的抑制效果,对于初始位移为100 mm的瞬态激励振动工况,受控系统等效阻尼比由0.6%增加至4.03%;对于稳态振幅为50 mm的稳态振动工况,系统控制后结构端部振动幅值降低至10 mm,稳态振动幅值降低了16.843 dB。在大型柔性结构中具有非常好的应用前景。