基于在轨组装维护的多载荷协同观测卫星平台构型设计

针对高轨遥感卫星多载荷协同观测和一致测量应用需求,在前期总体技术方案研究的基础上,通过开展现有在轨组装航天器和高轨卫星公用平台的构型调研,提出了一种适用于多载荷协同观测需求的平台构型设计方案。平台利用CZ-5运载火箭发射并在轨展开,采用“网格式中心承力筒+板+桁架”式的总体构型,开展了主传力路径、贮箱承载结构、网格式中心承力筒等的细化设计工作,并进行了结构产品的初步设计,建立了平台结构整星的有限元模型。仿真分析表明:平台结构整星的各向一阶频率均能满足运载火箭的频率要求。基于标准化、通用化的平台接口设计,使其具备可扩展及可维修的能力,大大提升了平台鲁棒性。基于全网格筒的主承力设计,增强平台结构承载能力,并改善平台内部热环境。该设计方案可为基于在轨组装维护的高轨遥感大平台结构的设计提供有价值的参考。

异构多星电磁编队静态构型设计与保持控制

针对异构多星电磁编队的空间静态构型设计,提出采用精确电磁力模型进行非线性修正的方法,解决了传统方法中由远场电磁力模型造成的构型求解误差问题。考虑编队静态构型设计存在待优化参数较多的问题,基于轨道相对运动方程与电磁力内力特性,可以推导一组关于编队各星质量与空间分布的静态构型必要条件,提出了一种参数降维的四面体构型设计方法,并基于所建精确电磁力模型,对静态构型解进行了非线性修正。针对编队闭环控制问题,设计了包含摄动前馈的滑模控制器,并使用精确电磁力模型修正磁矩,提高了磁矩分配的准确性。仿真结果表明,设计的四面体构型能够满足力和力矩平衡方程,基于精确电磁力模型的修正方法有效提升了构型设计与控制精度。

基于多目标蚁狮优化算法的月球InSAR卫星编队构型设计

本文研究了月球干涉合成孔径雷达(interferometric synthetic aperture radar,InSAR)卫星编队构型设计问题。首先,建立了基于相对偏心率/相对倾角(eccentricity/inclination,E/I)矢量的月球InSAR卫星相对动力学模型。然后,研究了月球轨道摄动环境下的编队飞行长期稳定飞行条件。进一步,以相对测高精度和模糊高度为优化指标,同时考虑星间安全性,给出了月球InSAR卫星编队构型优化的目标函数。针对现有的研究方法难以解决构型设计的多目标问题,应用改进多目标蚁狮优化算法实现了月球InSAR卫星编队构型设计。仿真结果表明,其在基线使用率方面更优,从而验证了所提算法的适应性和有效性。

一种刚柔耦合模块化月球科考站的构型设计与分析

月球探测是中国的战略性项目,其最后一步也是最关键的一步就是月球科考站的建设。为了能给月球科考站的建设提供一些经验,针对月球科考站的建设问题,提出了一种刚柔耦合的充气式展开的月球科考站构型设计方案,并介绍了各层的设计用途及其功能。采用有限元软件ABAQUS进行仿真分析,研究了提出的科考站构型在月面上无月震影响下的静载工况,以及有月震影响下的动载工况的工作情况。结果表明:所提出的科考站各层结构在这两种工况下都能维持较好的力学性能,说明所提出的科考站构型具有较好的可行性,可以为相关领域的工程设计提供一些参考。

输油气管道异型B型套筒构型设计及优化研究

为确定输油气管道异型B型套筒可修复缺陷的合理尺寸范围,并确定B型套筒的最佳结构参数方案,采用有限元方法,针对Φ508 mm管道建立了4种异型套筒构型。采用数值模拟方法验证不同构型设计的适用性,并基于应力分析结果给出了异型B型套筒优选方案。结果表明,直线导角型和椭圆曲线型异型套筒应力分布结果最优,考虑到加工精度及参数检测难度,优先推荐直线导角型异型套筒的工程应用。

机械制图组合体的构型设计研究与实践

构型设计在机械制图组合体教学中起着重要作用,本文介绍了组合体构型设计的基本方法以及课堂教学中的组合体构型设计的教学实践。

主控式弹支干摩擦阻尼器一体化构型设计及减振实验研究

为实现主控式弹支干摩擦阻尼器控制发动机转子振动,设计了一种新型阻尼器结构并建立相关的动力学参数设计方法,利用发动机高压转子模拟实验器对设计阻尼器的减振特性进行了仿真分析和实验验证。结果表明,一体化构型设计的阻尼器能够有效控制转子振动,最大减振比可达到95.5%;不同临界转速下各个阻尼器控制效果不同,为实现控制目标,正压力的分配应与所控制临界转速振动位于阻尼器所在位置处的比例相关;静摩擦片质量和安装刚度应综合考虑多阶模态,以及控制对象的最高转速。

高轨光学观测星座构型设计与覆盖率分析

空间态势日益紧张使高轨卫星受到来自空间碎片和其他航天器的威胁,建立高轨天基态势感知系统,实现对高轨目标的观测与编目,对保障高轨卫星正常工作意义重大.光学观测和红外观测相比,具有被动无源、能量消耗小、适合长期工作的优势.本文对高轨光学观测星座进行构型设计与覆盖率分析,根据光学载荷成像特性,建立可见性约束模型.以有限时间内非重复目标覆盖率为优化指标,基于分解优化策略,将构型优化设计问题转换成多个单星轨道根数优化问题,利用差分进化(differential evolution,DE)算法优化.通过仿真比较分解优化策略和整体优化策略的效果,结果表明分解优化策略具备更好的全局寻优特性,根据结果分析了观测卫星数量和非重复目标覆盖率的关系,讨论了非重复目标覆盖率的边际效应.

顾及水声误差的UUVs协同定位构型设计及分析

由于水介质的特殊性及水下的弱通信条件,水下无人航行器编队构型的优劣直接影响着协同定位的精度。针对传统UUVs构型设计方法未考虑水声声线弯曲和声速变化误差,且忽略了UUV之间距离变化引起的入射角差异的问题,本文提出了顾及水声误差的UUVs协同定位模型,通过引入平面位置精度衰减因子的概念分析UUVs最优编队构型。选取了位于日本南海海槽的实测数据作为水下真实声速场,分析了5种UUVs编队构型在不同深度下的协同定位精度,指出了UUVs水平距离和水深的比值与协同定位结果的关系。试验结果表明,传统方法在UUVs分离角为90°时达到最优构型,考虑到水声测距误差后,UUVs分离角在25°~30°达到最优。UUVs水平距离与水深的比值越大时,协同定位精度越高。考虑到波束入射角的限制,推荐在1.5~2.0倍比值,即55°~63°的波束入射角为最优构型。较之传统构型设计方法,顾及水声误差的编队构型使得UUVs协同定位精度平均提升24.3%。

基于CFD技术的船舶首侧推槽道构型设计

船体首侧推槽道会对船体快速性能产生不利影响。为减小其导致的船体增阻,以某集装箱船为研究对象,采用实船阻力预报方法研究不同槽道构型下船体阻力性能及流场特性,并对槽道开口参数进行设计优化。结果表明,圆角槽道口能够减阻而倒角槽道口会增加船体阻力,在设计工况下,圆角半径为0.2D_(0)(D_(0)为槽道直径)时的减阻效果最佳,总阻力较原始船型减小了1.36%。研究结果可为首侧推槽道构型的设计提供参考。

高压导线断股修补机器人构型设计及作业仿真

针对架空高压输电线路导线产生断股或散股等故障,从而产生线路安全运行问题,以500kV四分裂线路为例,着重进行了断股修补作业装置的构型研究,提出一种利用预绞丝护线条修补导线的断股修补机器人机构构型方案。依据预绞丝护线条修补工艺制定机器人作业规划,主要包括断股预处理与护线条安装作业。针对护线条安装作业,建立由作业装置、弹性护线条和柔性导线构成的仿真模型,通过作业仿真分析,得到系统的作业动态性能,验证断股修补作业的可行性。

张拉整体机器人构型设计及非线性力学特性分析

六杆张拉整体结构通过索-杆间内力实现平衡,具有大位移强非线性的特点,在机器人的行星探索领域具有较大的应用潜力。为得到该结构的非线性力学性能,通过节点矩阵、连接矩阵、矢量矩阵建立结构数学分析模型。在此基础上,考虑几何非线性,通过ANSYS软件建立力学分析模型,分析不同载荷及结构参数对张拉整体力学性能的影响。计算各参数的变形量敏感度,得出改善张拉整体结构力学性能的有效措施,最后研制了六杆张拉整体机器人样机进行翻滚实验,该结果为后续结构优化、运动学控制提供一定的理论支持。

星下点轨迹恒定的低轨星座构型设计方法

为探寻适用于低轨巨型星座的构型设计方法,提供了一种所有卫星共星下点轨迹,且该轨迹固定不变的低轨恒定轨迹星座构型解析设计方法。该构型用回归因子、卫星总数两个参数进行编码。首先,利用平均轨道根数思想,建立了地球非球形摄动带谐项阶数为J 4条件下的回归轨道设计解析模型。其次,根据卫星与地球相对运动规律,确立了满足共星下点轨迹条件的解析式。最后,结合回归轨道设计与共星下点轨迹设计思想,建立低轨恒定轨迹星座构型设计模型。最终仿真结果表明,该构型设计方法符合所有卫星共星下点轨迹、且轨迹固定不变的设计预期,验证了本构型设计方法的有效性。本星座构型具有形式简易、构型易维持、覆盖范围广的特点,确保了空间系统与地面系统的方位一致性,极大程度降低了星地系统协同的复杂度。

基于筋板式基结构的大口径空间反射镜构型设计的拓扑优化方法

针对大口径空间光学反射镜对轻量化的需求,提出了基于筋板式基结构的大口径空间反射镜构型设计的拓扑优化方法。该方法利用基结构拓扑优化的思想,将反射镜初始设计域限定为筋板式的反射镜基结构,通过各筋板的有无描述结构构型的变化。首先,借鉴连续体结构拓扑优化的思想,以壳单元离散筋板结构,以加筋板各单元的相对密度为设计变量(通过相对密度取1或0,描述该单元所在区域的筋板是否存在),以光轴竖直工况下镜面面形误差为设计约束,镜体的质量最小为优化目标,建立了镜体结构构型设计的拓扑优化模型;然后,以拓扑优化所得构型为基础,提取并形成结构概念构型;最后,采用有限元法进行动静刚度分析与光学性能分析,并对结构进行修正,形成性能更好、满足要求的反射镜轻量化结构创新构型。文中的设计实例得到的反射镜镜面面形误差PV值小于λ/10,RMS值小于λ/40,第一阶自振频率大于1 000Hz,轻量化率达到86.0%。得到的结果验证了本文方法的有效性。

并联机器人机构新构型设计的探讨

主要探讨并联机构的新构型 ,针对现存并联机器人机构的种类、分布特点和技术不足以及应用需求 ,提出一种新型的把空间移动和转动结合起来的 3自由度完全并联机构构型 ,并分析了它的设计思想。该并联机构可广泛应用在工业机器人、飞行模拟器、微动机器人和并联机床等领域。

六自由度串并联机械手的构型设计与运动学分析

根据串、并联机器人机构综合理论,以二移动一转动串联机构和三转动自由度并联机构为主体,设计了1种能够实现空间平移、回转、升降、仰俯、横摇和偏转动作的六自由度串并联机构。通过对该机构进行分析研究,建立其运动学位姿方程,重点探讨了并联微调机构的运动学模型,建立了其位置逆解与速度映射解析方程,运用MATLAB软件对该机构进行了运动学仿真分析;同时提供了该串并联机构应用于隧道管片拼装机械手的具体实例。该机构具有工作空间大、转动灵活、稳定平衡、精度高及承载能力强的特点,可推广应用于农业种植采摘、林木伐运等机器人结构上。

面向任务的可重构模块化机器人构型设计

为解决可重构模块化机器人在应用时如何找到合适的构型来满足特定任务的问题,提出一种面向任务的可重构模块化机器人构型多目标优化方法.讨论该模块化机器人系统的基本结构,包括主要的模块和控制系统的组成结构;在任务描述的基础上,给出模块化机器人构型设计的优化模型和流程;针对特定的攀爬任务和操作任务,对模块化机器人的构型进行优化设计.仿真验证了该方法的可行性和有效性.该方法具有面向任务和多目标优化等特点,涵盖了自由度、可达性、耗能等多方面的性能优化,适用于模块化机器人的构型设计.

基于创新性构型设计的工程图学教学体系研究

构型设计作为空间想象和创造性思维训练的重要载体对培养学生创新思维能力具有重要作用。论文在探讨国内外工程图学教研情况基础上,构建了以构型设计为主线,突出学生创新思维能力培养的基于创新性构型设计的工程图学新课程体系。并从教学改革目标、教学改革内容和教学实践三方面进行了深入阐述。教学实践表明,该课程体系能很好地培养学生的形体构型设计创新思维能力。

基于构型设计的工程图学教学体系的探讨

工程图学思维方式的培养是学生工程图学素质教育的核心,形体的构型设计是工程图学思维方式培养的重要方法。基于构型设计的工程图学课程教学体系是不同于目前国内一般工程图学课程的一个教学体系。针对这一教学体系,提出了基于构型设计的工程图学课程教学体系的教学目标、教学理念,同时就教学体系的构成进行了研讨,指出了这一教学体系在培养学生创新素质上是有效的。

空间转动型3-SPS/S并联机器人的构型设计分析

根据盾构管片安装机器人拼装隧道管片时位姿调整的需要,运用系统枚举法构造了空间纯转动型3-SPS/S并联机构作为管片安装机器人的位姿调整机构,在对该机构进行位置、速度求解的基础上建立了机构的雅可比矩阵,提出并采用可操作度指标对机构的运动特性进行了分析研究。结果表明,该三维转动型并联机构能够实现管片姿态调整的运动要求,具有良好的可操纵性。