一种模拟低/微重力新型啮齿类动物悬吊自动控制装置

针对模拟低重力环境啮齿类动物部分承重模型的建立过程,因人为因素的干扰易导致测量结果精度不足的问题,设计了一种模拟低/微重力环境的啮齿类动物悬吊自动控制装置。首先,采用SBT440压力传感器模块实现啮齿类动物重力值的自动测量;然后,采用基于STM32单片机控制步进装置实现啮齿类动物悬吊高度的自动调节;最后,使用JAVA语言编写STM32单片机软件控制程序,通过软硬件综合调试以实现模拟低/微重力环境,以此达到啮齿类动物部分承重模型的建立。实验结果表明:啮齿类动物1/6 G平均测量误差为0.8%,初步验证了悬吊装置的可行性。

我校基础力学在教与学方面的过程改革举措——虚拟仿真实验建设

本校建设的虚拟仿真实验以地外天体探测为背景,四足机器人总体设计为目标,通过机身负载、支撑腿的几何设计及运动规划来实现机器人期望的运动,考察在随机坡度与低重力环境下的行走稳定特性。实验采用“虚实结合”的手段引导学生自主探索力学基础知识在机器人运动特性设计上的运用,帮助学生理解低重力环境对结构力学特性的影响。实验具有设计自由、交互性与扩展性强的特点,能培养学生综合运用基础理论知识解决复杂工程问题的能力。

面向空间航天器机器人学习算法研究的高保真仿真平台

针对空间航天器失重服役环境下样本数据少、实验测试难等问题,构建了一个面向空间航天器的机器人学习算法研究的高保真仿真平台.该平台依照机器人学习领域标准的数据交互模式,支持直接调用各类主流机器人学习算法库,以及按照Gym交互模式开发的控制/学习算法;利用微重力模拟系统的实验数据,采用数据驱动的方式构建航天器动力学模型,用于仿真平台中的状态更新;以航天器位置姿态稳定任务为例,在所构建的仿真平台中完成了主流强化学习算法Soft Actor-Critic的训练和测试,验证了所构建的仿真平台用于机器人学习算法研究的可行性.

带多充液圆柱贮箱航天器刚-液耦合动力学研究

文中以在低重环境下带多充液圆柱贮箱刚性航天器中刚-液耦合方程的建立和求解为主要研究目的。推导航天器中充液圆柱贮箱内任意点的牵连运动方程,根据壁面边界条件给出了贮箱内液体牵连晃动势的表达式;利用第二类边界条件下的傅立叶-贝塞尔级数展开法对低重力环境下的弯曲自由液面处的复杂动力学边界条件进行处理,建立以液体相对晃动势的模态坐标和晃动波高的模态坐标为状态向量的液体耦合晃动力学方程,通过积分分别得到了耦合晃动力和耦合晃动力矩的解析式;运用准坐标系下的拉格朗日方程建立以航天器主刚体姿态坐标和轨道坐标为状态向量的刚体耦合运动动力学方程,进一步联立上述耦合方程得到航天器整体系统的刚-液耦合动力学状态方程;最后,编制出适用于带多充液圆柱贮箱航天器内刚-液耦合动力学计算的模块化计算程序,通过计算实例验证所编程序的准确性的同时,研究了携带多充液箱航天器系统贮箱布局、外激励方式对航天器刚-液耦合系统动力学特性的影响。

多储液腔航天器刚液耦合动力学与复合控制

采用复合控制方法对充液航天器的姿态和轨道机动进行高精度控制.通过傅里叶-贝塞尔级数展开法,将低重力环境下液体的弯曲自由表面的动态边界条件转化为简单的微分方程,其中耦合液体晃动方程的状态向量由相对势函数的模态坐标和波高的模态坐标组成.通过广义准坐标下的拉格朗日方程得到航天器刚体部分运动和液体燃料晃动的耦合动力学方程,提出了自适应快速终端滑模策略和输入整形技术相结合的复合控制器,并分别用于控制携带有一个燃料腔和四个燃料腔航天器的轨道机动和姿态机动.通过数值模拟来验证控制器的效率和精度.结果表明,对于多储液腔航天器,如果在设计航天器的姿态和轨道控制器时没有充分考虑燃料晃动效应,那么在受控航天器系统中将会出现刚-液-控耦合问题并导致航天器姿态不稳定.而本研究中的复合自适应终端滑模控制器可以实现航天器机动的高精度控制并有效抑制液体燃料晃动.

低重环境下俯仰运动圆柱贮箱内液体晃动

考虑低重环境下由于表面张力的影响使得圆柱贮箱内液体呈现弯曲自由液面的情况,以俯仰激励下液体晃动的占优模态振型函数为晃动速度势的基函数,利用傅里叶--贝塞尔级数对贮箱受俯仰激励时的自由液面处的运动边界条件进行展开,得到能描述晃动系统本质的广义状态方程,并分别给出了固有频率、晃动波高、晃动力和晃动力矩等晃动特征的计算方法.通过具体算例得到了俯仰激励下贮箱内液体晃动特征的动态响应,同时验证了文中方法的收敛性、可行性和正确性.

低重环境下圆柱贮箱内液体晃动特性研究的一种解析法

考虑低重环境下圆柱贮箱内由于表面张力影响而呈现弯曲自由液面的情况,利用Fourier-Bessel级数对贮箱受横向激励时的自由液面处的边界条件进行展开,得到液体晃动系统的广义状态方程,给出了固有频率、晃动波高、晃动力和晃动力矩等晃动特性的计算公式。通过数值算例与文献结果对比,在验证文中方法正确性的同时,具体研究了各晃动特性随充液深度、外激励频率和Bond数等参数变化的规律。

水下滑翔机研究进展及关键技术

水下滑翔机是一种无外挂推进系统、通过内置执行机构调整重心位置和净浮力来控制其运动的新型水下航行器,主要用于长时间、大范围的海洋环境监测。该文概述了水下滑翔机的概念、特点和主要功能,介绍了水下滑翔机的国内外研究成果及现状,探讨了目前发展水下滑翔机需攻克的关键技术,主要包括水下滑翔机重心调节机构设计、浮力变化量的精确控制、水下滑翔机水动力研究以及低功耗设计,最后展望了水下滑翔机的未来发展趋势。

缅甸若开盆地海域生物气成藏因素分析

以缅甸若开盆地海域范围内的生物气藏为实例,通过采用地球化学、地震正演建模、沉积学理论、实例比对等方法,总结出生物气成藏三大因素,进而指明勘探方向。（1）依托地化分析及已知地质实例比对,提出生物气烃源岩“三低一高弱成岩”的地质特征,明确上新统泥岩、中新统泥岩、峡谷泥岩具备形成生物气的烃源岩条件,而上新统之上的泥岩不具备形成生物气的烃源岩条件;（2）对比热成因油气理论,结合地震正演剖面,采用气体动力平衡方程,分析其运聚因素,给出排烃模式及有利聚集区的地震响应特征;（3）结合海域实际地质情况,利用重力流沉积理论,对单井样品进行实验分析,给出深水重力流沉积体系下的储盖组合及盖层评价标准。通过单井实例,获得缅甸若开海域岩性油气藏的三种主要类型,提出具有构造背景的岩性地震异常反射区是该区生物气藏重要的勘探方向。

航天器对接六维试验台内装式重力平衡技术

为试验台主动对接环的重力平衡 ,研究了一种响应速度快、平衡力精度高 ,装在对接机构内部 ,适应高、低温环境的内装式重力平衡装置 .介绍了有关技术 :主动环实现三轴转动的球铰吊装机构 ;能够高速度、高精度地提供重力平衡力 ,并能实现自动随主动环上、下运动的智能型重力平衡技术 ;保证平衡器随主动环随动的轮轨式二维平动技术 ,经轻量化设计 ,其摩擦阻力和惯性阻力很小 ,并对轮 轨式方案进行了试验 ,当量摩擦系数仅为 0 .0 0 4 1 7.预计所研究装置的响应时间小于 1 0ms,各向失重模拟误差一般为 1 %～ 2 % .

低重力环境下复杂结构航天器动特性研究的实现途径

文章从试验技术与理论计算结合的角度,对解决复杂结构航天器低重力环境下大幅度液体晃动非线性动态特性问题和模拟月球重力环境下月球探测器动力学性能的研究,进行了建设性的论述。

含板类柔性附件的充液航天器动力学研究

对含有板类柔性附件和曲壁轴对称充液储腔的复杂航天器系统进行动力学建模和耦合机理研究。首先,采用Kirchhoff-Love薄板理论对航天器的板类柔性附件进行研究,通过D’Alembert原理得到柔性附件的振动方程,运用模态假设法将混合方程转换为常微分方程。其次,通过推导充液航天器储腔内任意点的运动,得到储腔液体的牵连速度势函数,采用Gauss超几何级数得到液体相对速度势函数的解析形式,通过Hamilton变分原理推导液体晃动的运动方程,以及液体速度势函数模态系数的控制方程。最后采用准坐标Lagrange方程得到耦合航天器系统的状态方程,通过数值仿真校验系统动力学模型的有效性。研究结果表明,刚性平台、液体、柔性附件的相互耦合效应使得航天器系统存在复杂动力学行为,在复杂航天器系统动力学建模过程中需要充分考虑液体晃动和柔性附件振动的影响,柔性附件的安装位置对于耦合航天器系统的动力学行为也有着重要影响。

低重力环境下基于超弹性铰链的某折展机构展开动力学研究

针对地外行星、月球探测中杆状天线对轻量化折展机构的需求,提出了一种基于超弹性铰链的两折杆折展机构,天线展开长度可达1.3 m,折展机构重量小于200 g;建立了超弹性铰链的薄壳大变形模型和机构的有限元分析模型,同时引入重力场影响,对不同重力场下机构展开动力学行为、展开时序进行了分析,并对天线末端特征点最大位移进行了预测;利用该折展机构原理样机开展了地球重力条件下的展开试验,使用高速摄影对展开过程进行记录并反演获得特征点位移信息,验证了特征点实际最大位移与分析值的一致性。基于超弹性铰链的两折杆折展机构的设计思路与分析方法,可以为我国后续深空探测更长尺度天线折展机构的设计与分析提供新的思路。

暗弱低重力环境下机器人智能控制与智慧作业管理

针对未来月球南极和火星峡谷等暗弱低重力环境探测需求,研究智能高效的机器人控制与协作管理方法,使机器人能够高可靠地完成星表复杂操作任务,支持月球及火星基地建设与长期驻留开发非常迫切。文章在阐述界定暗弱低重力环境的内涵和分析论述机器人作业最新进展的基础上,探讨了暗弱低重力环境对机器人带来的挑战,总结了暗弱低重力环境下机器人智能作业发展趋势,并从机器人智能化行为控制与智慧化作业管理的角度对机器人智能技术发展提出了建议。

太空制造超低损耗光纤的机理及可行性初探

氟化物ZBLAN玻璃光纤在军事、通信、医疗等领域具有重要应用价值,超低损耗光纤的制备已成为大国竞争的战略性关键技术。ZBLAN玻璃熔融冷却过程易出现析晶,其内部多发的结晶区域会引起光传输的散射,导致玻璃光纤实际损耗比理论损耗高2~3个数量级,极大限制了其应用。因此,超低损耗ZBLAN玻璃光纤的制备成为光纤领域的一大挑战。空间微重力环境可抑制重力引起的熔体组分对流,大幅降低熔体成核和微晶生长的速度以及ZBLAN玻璃材料凝固过程中的析晶程度,进而降低材料的光学损耗。美国航空航天局在国际空间站已经开展多轮光纤制造技术的相关试验,随着我国空间站的建成运行,在微重力环境中制造氟化物光纤已经具备了初步可行性。概述了国内外太空制造光纤的主要研究进展,着重介绍了微重力环境下超低损耗氟化物光纤的制备原理,探讨了特种光纤“太空制造-地面应用”的可行性。该研究为我国太空制造水平的提升、航天科技应用领域的拓展提供了技术参考。

Research on End-force Output of 8-cable Driven Parallel Manipulator

The return capsule needs to be launched to the moon and return back to earth in the third stage of the Chinese lunar exploration project.Therefore,it is necessary to perform simulations on the ground.This paper presents an 8-cable-driven parallel manipulator to achieve end-force output in a low-gravity environment.End-force output refers to the vector sum of the external force on the end-effector.A model of end-force output is established based on a kinematics model,a dynamic model,and a force analysis of an 8-cable driven parallel manipulator.To obtain end-force output in a low-gravity environment,the cable force has to be controlled to counteract gravity.In addition,a force-position mix control strategy is proposed to proactively control the cable force according to the force optimal distribution given by the closed-form force distribution method.Furthermore,a suitable choice for an end-force output is obtained by modeling the effect of cable force on end-force output.Experimental results show that the actual cable force agrees well with the calculated force distribution,indicating that it is feasible to realize end-force output in a low gravity environment.