空间柔性充气结构分布式光纤裂纹损伤监测方法

空间柔性充气结构作为一种航天器基本组成单元,在气闸舱、空间居住舱等领域受到越来越多关注。针对此类结构损伤状态的智能辨识,对于目前正在开展的深空与星际探测具有重要意义。为此,本文提出了一种基于分布式光纤传感器的空间充气结构裂纹损伤实时监测技术。借助ANSYS有限元分析方法,数值模拟得到含裂纹损伤的充气结构模型在不同内压载荷作用下的应变响应与分布规律。在此基础上,通过由芳纶编织而成的柔性充气结构表面布置分布式光纤光栅传感网络,实时采集不同位置与程度损伤对应的表面应变分布与变化信息。提取能够表征结构裂纹特征的辨识参量,建立光纤传感器应变响应差值与裂纹损伤长度之间的关系模型,实现裂纹损伤区域定位与损伤长度识别。研究结果表明,本文所提方法具有非视觉测量、实时性好以及多种功能复用等优点,能够为未来空间柔性充气结构服役状态辨识与在轨快速维护提供技术支撑。

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。

临近空间大型柔性充气囊体结构特性分析

以临近空间平流层飞艇柔性充气囊体为研究对象,根据充气结构设计理论对充气囊体结构的最小压差和应力进行计算,建立平流层飞艇充气囊体结构有限元模型。在模型验证的基础上,采用非线性有限元方法对平流层飞艇充气囊体结构特性进行仿真分析,得到了囊体结构在不同压差和吊舱载荷作用下应力和变形分布及变化规律,并分析了结构加强配置对囊体应力和变形的影响,为平流层飞艇结构设计提供技术支撑和参考依据。