大型航天结构在轨组装阶段作动器布局优化

在轨组装阶段的大型航天结构具备“离散渐增”的特点,组装阶段其构型与参数不断改变.与固定构型航天结构不同,如何合理配置作动器以抑制组装过程中的结构振动目前还未见深入研究.针对这一问题,提出一种适用于大型航天结构在轨组装阶段的作动器分布式优化配置方法.根据结构模块化设计的特点,给出大型航天结构组装阶段作动器分布式优化配置的设计思路.建立面向组装阶段作动器布局优化的桁架结构动力学模型,并给出用于优化配置的目标函数.提出结合天牛须搜索的改进粒子群算法,以解决优化配置问题.最后给出在轨组装阶段作动器布局优化的数值仿真.结果表明通过改进的混合粒子群算法实现了大型航天结构在轨组装阶段的作动器分布式最优配置.

航天结构空间组装动力学与控制研究进展

空间组装是建造空间站、大型卫星天线、大口径空间望远镜、空间太阳能电站等大型和超大型航天结构的重要手段.然而,航天结构组装过程将面临构型增长、参数变化、轨道-姿态-结构耦合、接触碰撞等复杂的动力学与控制问题,给精准、高效、稳定完成组装任务带来挑战.本文介绍了大型航天结构的动力学建模方法、超大型航天结构特殊的动力学现象、航天结构空间组装过程的动力学建模研究现状;综述了航天结构在轨运行阶段的控制方法、空间组装过程的组装序列规划方法、姿态控制与振动抑制方法研究进展;总结了航天结构组装过程动力学与控制地面模拟试验中的重力卸载、缩比模型设计与试验、非线性与不确定性试验等关键技术.最后,面向未来千米量级超大型航天结构空间组装需求,针对组装过程中结构尺寸、质量和力学参数跃变等特性提出了当前研究工作中亟须解决的几类动力学与控制问题.

大型航天器离轨再入气动融合结构变形失效解体落区数值预报与应用

准确可靠求解大型航天器服役期满离轨再入跨流域气动环境与金属(合金)桁架结构变形失效解体非线性力学行为,是解决航天器失联无控或受控再入坠毁飞行航迹落区数值预报软件研制的关键基础。在求解Boltzmann模型方程的气体动理论统一算法(GKUA)基础上,采用转动惯量描述气体分子自旋运动,利用分子总角动量守恒作为一个新的碰撞不变量,引入能量模式配分函数和非弹性碰撞松弛数,确立了描述复杂飞行器跨流域高超声速流动非平衡输运现象统一Boltzmann模型方程,构造了直接捕捉Boltzmann模型速度分布函数演化更新数值格式,提出了离散速度空间区域分解大规模并行计算策略与高效数据通信模型,建立了稳定运行数万CPU核求解大型航天器离轨再入跨流域气动力/热环境高性能并行算法。针对无控航天器非常规再入问题,提出瞬态热传导方程与材料热弹性动力学方程耦合数学模型,建立了强气动力热环境致结构变形热力响应有限元算法,发展了适于高超声速再入气动环境与结构热力耦合计算技术。通过对竖直平板、中空球体、类天宫飞行器高超声速流场计算与结构响应变形非线性力学行为一体化计算验证,证实统一算法大规模并行计算策略与热力响应变形有限元算法精度可靠性,建立了服役期满大型航天器离轨再入跨流域气动环境与结构热力耦合响应变形失效/解体飞行航迹一体化模拟平台,开展了该平台在类天舟一号货运飞船受控再入、天宫一号目标飞行器无控陨落、天宫二号空间实验室受控再入解体落区数值预报中的应用研究。

航天大型薄壁结构件质量信息管理系统研究与实现

为了解决航天大型薄壁结构件产品质量零缺陷、质量信息追溯与查询困难、缺乏完善的质量管理体系、数据不一致、联系弱和缺乏共享性等问题,本文对航天大型薄壁结构件的机加工、焊接、铆接和装配工艺进行了分析研究,以组成质量信息的产品信息库、制造资源库和工艺信息库等作为数据库基础设计产品信息管理体系组织架构,基于客户/服务器模式(Client/Server)开发该系统。实现了质量信息的检索、管理、再生和应用,质量数据的共享与一致性以及较高的数据资源利用率等,并且已经成功应用于某航天大型薄壁结构件制造所,取得了明显的社会和经济效应,具有典型的示范作用和重要的实际应用价值。

大型航天器结构离线组合加工误差分析及控制

为解决大型航天器结构无法在线组合加工的瓶颈问题,提出了大型航天器结构精测→拆卸零件并加工→复装的离线组合加工方法,分析了离线组合加工过程的误差产生来源,并提出多项误差控制措施。最终,尺寸范围为Φ2600mm×5600mm的某大型舱体结构上200余个舱外支架经过离线组合加工,其线性尺寸公差精度达到±0.1mm,角度尺寸公差达到±3′,满足设计精度要求。

未来大型复杂结构分析模型与试验状态的展望——模型修正与模态综合技术的发展

本文在评述动力模型修正与识别、模态综合技术现状和发展趋势的基础上,对未来大型复杂结构(如背携航天飞机的大型捆绑系统和“岛屿式”的空间站等)的分析模型和试验状态进行了初步展望。预言几十年内可能突破“建模错误诊断术”和“用部件试验代替全结构试验”等高难度技术。同时,作者在本文中提出了某些研究途径供读者参考。

空间站结构数字化协同设计中的计划管理

针对传统基于二维图纸研制的计划管理模式不适应三维数字化结构协同设计的问题,分析了数字化结构协同设计的特点,围绕三维模型架构层次和信息交互,提出了技术流程逐层解耦的管理方法;应用模糊统计和平衡线调度原理,建立了三维模型投产计划评估数学模型;基于模型层次化的协同方式优化了沟通管理模式。在空间站结构研制的管理过程中,要实现全过程的结构研制管控、调配合理的人力资源、制定科学的投产计划、促进高效的信息沟通,以确保空间站结构研制任务的完成。该计划管理方法为大型复杂航天器结构三维数字化协同设计的计划管理提供了良好的借鉴。