弱撞击式对接机构力传递及运动性能分析与优化

为提高弱撞击式对接机构的静态力传递特性及运动灵巧性,分析了弱撞击式对接机构的力输出特性,建立了综合对接机构运动学性能及力传递性能的优化模型,结合对接机构的运动灵巧空间对其基本结构布局参数进行了优化,并且分析得出弱撞击式对接机构单支杆驱动力指标。研究结果可为弱撞击式对接机构的设计与技术应用提供依据。     

国际对接系统标准探究

根据对接技术发展、国际合作和空间救援等现实需求,国际空间站成员确定了一项通用对接接口标准,即国际对接系统标准接口定义文件(IDD)。该标准是基于异体同构周边式对接机构成功经验和弱撞击对接技术提出的,详细描述了对接接口和对接性能要求。基于此背景,简要回顾了对接机构的发展历史,叙述了国内外主要对接机构的技术特点,对标准的主要内容和应用情况进行了分析论述,并提出我国应结合载人航天工程需求参与国际标准的制定。     

针对月球探测任务的新型对接方式研究

根据月球探测任务的需求,在传统碰撞式对接和空间机械臂辅助式对接的基础上,结合当前智能化技术的迅速发展,提出了一种轻量化、智能化、简单可靠的新型对接方式,即基于小型的智能捕获机构实现自主捕获和缓冲等对接功能。对系统方案的实现方法、构型设计和安装布局等方面进行了研究,并通过仿真来验证技术的可行性。运动学仿真结果表明该方式能够顺利完成自主捕获任务;动力学分析结果表明,经过自主缓冲后,该方式能有效降低末端六维力和电机力矩值。研究成果可为月球无人探测和载人探月任务的实施等提供技术参考。     

变拓扑3-RSR多面体对接机构的设计与研究

针对空间目标执行对接任务,提出一种面向空间服务的新型变拓扑多面体对接机构。通过对比传统对接机构,得到了变拓扑多面体对接机构的优势,分析了变拓扑对接机构的对接方式;完成了变拓扑多面体对接机构的构型设计与运动学分析,得到变拓扑多面体的工作空间范围;通过对轨迹策略的规划以及对接控制仿真试验系统,利用虚拟样机试验与原理样机试验对理论分析进行了验证。     

火箭在轨大尺寸、重负载交会对接技术研究

根据国内外空间交会对接技术的发展现状,以及我国深空探测任务的不断发展,提出研究火箭在轨大尺寸、重负载交会对接技术,满足我国航天事业的未来发展和规划复杂飞行任务的需求。重点对火箭在轨大尺寸、重负载交会对接的关键技术进行了梳理,通过分析认为火箭在轨大尺寸、重负载交会对接技术的研究复杂、难度大、周期长,因此其预研工作的开始已经迫在眉睫。     

空间飞行器对接机构分离的动力学仿真

空间对接技术属于航天工程重要的研究领域,在地面条件下如何实现六自由度对接机构的模拟则是其关键技术之一。本文建立了空间飞行器对接机构在分离过程中的动力学模型,利用MSC.ADAMS/View建立了对接机构的虚拟样机模型并通过动力学仿真得到了系统的动力学响应。最后,结合动力学模型与仿真结果,研究总结了对接机构在重力影响下的姿态变化规律。本文研究为航天器对接与分离时的姿态动力学分析和对接机构的设计优化提供了理论依据。     

空间机械臂辅助大质量舱体对接阻抗控制方法

针对空间机械臂辅助大质量舱体对接任务中,由于大臂展机械臂柔性、控制误差、机械误差等因素,导致末端位置精度差、对接机构偏离对中位带来的对接困难的问题,提出采用阻抗控制的方法。分析了对接任务中的模拟对接机构的特性,发现其受到的碰撞力与对中位姿偏离方向具有一致性,验证了阻抗控制算法的可行性;针对六维力传感器安装位置距离对接机构较远、惯性力影响严重的问题,提出了六维力信号补偿算法,保证了阻抗控制计算的正确性;进行了仿真实验,结果表明采用阻抗控制算法能在保证对接成功的前提下,有效减小接触力大小。     

空间对接地面半物理仿真台系统仿真研究

 飞行器空间对接地面半物理(HIL)仿真台是进行空间对接技术研究、对接机构地面检测以及对接过程的故障复现等多种用途的关键设备。论文阐述了飞行器空间对接地面半物理仿真台系统建构思想。在此基础上推导出空间对接地面半物理仿真台的空间对接动力学模型。基于物理建模的思想，用SimMechanics工具箱建立了空间对接地面半物理仿真台的机械系统，用Matlab/Simulink建立了控制系统模型，建构了虚拟空间对接地面半物理仿真台。采用滞后补偿等使系统的闭环动态性能达到要求。在空间对接地面半物理仿真台虚拟样机上，采用无阻尼振荡模型对空间对接动力学模型等进行了验证，对空间对接的缓冲过程进行了仿真。仿真结果表明空间对接动力学模型是正确的，空间对接地面半物理仿真台系统的建构思想是可行的。     

嫦娥探测器分段渐倾转移机构设计

巡视探测器转移机构是在地外空间环境执行巡视探测器转移释放任务的空间机构。与美国、苏联转移任务不同，中国探月工程（CLEP）二期着陆器采用腿式着陆缓冲机构及巡视器顶部搭载方式，转移任务沿着陆器周向展开距离及巡视器释放高度增加，转移难度增大。在设计阶段，转移机构是否符合探测任务严苛的工程约束及设计指标；在执行阶段，转移机构能否在月面非确知环境下正常展开、转移过程是否稳定可靠，是嫦娥探测器顺利完成探测任务的关键。为保障月球后续任务及火星探测任务中转移机构的设计需要，根据巡视器转移系统特点，以探月二期工程中首次探索并成功自主设计定型的嫦娥分段渐倾转移机构为例，对巡视器转移系统的组成、任务需求及设计约束予以阐述，并结合参研人员经验，对机构研制方案的选取、关键环节设计、工程状态及任务验证情况进行说明，以为后续工作及相关工程提供参考。     

典型载人航天器密封舱结构空间碎片高速撞击声发射定位技术研究

空间站等大型载人航天器因体积大、在轨时间长容易受到空间碎片撞击,作为应对措施,人们提出利用空间碎片在轨感知系统实时监测撞击事件,撞击点定位是在轨感知系统的基本任务之一。为此,本文首先测量了加筋板内s0波波速,根据波速变化规律提出名义波速的概念,在此基础上将虚拟波阵面法推广用于载人密封舱结构,实现对空间碎片撞击事件的精确定位。最后,分别进行了碎片云高速撞击周期性加筋板和空间站小柱段舱壁枪击定位试验,试验结果表明:可将密封舱内声发射信号传播速度视为定值即"名义波速",在此基础上虚拟波阵面法可推广用于密封舱结构。     

基于火炮发射原理的载荷冲击火箭橇试验方法

分析了载荷冲击试验的现状, 对几种常用的载荷冲击试验方法的特点和局 限性作了简要说明。着重介绍了一种基于火炮发射原理、以火药燃烧为动力、依托火箭 橇试验设施实现、低峰值、长持续时间的载荷冲击试验方法,阐述了试验原理,简要说 明了试验系统的构成和各部分的功能,并使用模拟仿真的方法,对载荷冲击结果进行预 示,然后以某型试验为例,对影响峰值和持续时间的因素进行分析和控制,对载荷冲击 曲线进行了比较和说明,最后对此种试验方法的应用前景和后续研究方向进行了描述。     

复合材料结构的低功耗冲击区域监测方法

复合材料凭借优异性能而被广泛应用于民用飞机结构,但复合材料结构可能会因冲击而产生内部损伤并严重降低结构的性能。因此,以低功耗方法不间断地对飞行器复合材料结构进行冲击监测就显得尤为关键。面向机载提出了一种基于反向加权和的低功耗冲击区域定位算法,该算法基于数字化冲击监测原理,依据冲击响应数字序列进行冲击事件的区域定位。算法运算过程简单高效,便于通过嵌入式软件编程至核心处理器,并显著减少在核心处理器执行算法所需的功耗、时间和存储空间,有利于冲击监测系统的低功耗设计和应用。此外,将算法应用在低功耗小型化冲击监测系统中,并评估了冲击区域定位算法在复合材料机翼盒段结构上的准确率。评估结果显示,低功耗冲击区域监测方法可以准确的监测每次冲击事件,且冲击区域定位准确率达到了96%。     

N型防护结构的试验与仿真研究

在不增加空间碎片防护结构整体尺寸和质量的情况下,基于防护结构在斜撞击条件下弹道极限高于正撞击条件下弹道极限的特性,研究了一种将3层平行铝板结构的中间层进行倾斜的N 型防护结构,采用超高速碰撞试验和三维SP H 数值仿真方法,定量对比了N型防护结构与相同面密度3层平行铝板结构的防护性能。研究结果初步证实,在正撞击情况下,倾斜的中间层具有提升结构防护性能的作用。     

提高深空异步激光测距精度方法研究

异步激光测距的作用距离远,有望实现对地球同步轨道以及深空航天器的精确测量。在对相关文献深入研究的基础上,全面分析了异步激光测距基本原理,对其钟差和测距公式进行了重新推导,提出了一种适用于深空异步激光测距的精确公式,并给出了迭代求解方法。通过理论仿真分析,在脉冲时间测量误差5ns时,对匀速飞行目标,该方法距离测量精度可达到5～6m,比其他方法高出2～3个数量级。     

基于X频段深空应答机的石英晶体性能需求

根据X频段深空应答机载波锁相环路的实际应用,分析了应用于压控晶体振荡电路的石英晶体性能需求,给出了石英晶体存在频率跳变的原因和对X频段深空应答机的影响,并提出了对石英晶体的筛选方法和判据：对石英晶体进行激励功率依赖性扫描,在激励功率10～300 μW内,频率跳点小于0.2脉冲/min,曲线重复性小于0.4脉冲/min,且石英晶体电老练试验前后的激励功率依赖性曲线相似.将该筛选方法和判据应用于嫦娥三号X频段深空应答机研制中,结果表明该措施可行、有效.     

两柔性梁碰撞振动的非相似模态

研究以Hertz接触模型描述的两柔性梁的碰撞振动,通过坐标变换将系统投影到环面上分析其模态动力学问题,揭示碰撞模态呈现非相似性质。     

微重力条件下水滴撞击高温壁面数值模拟研究

火灾研究一直是航天器工程不可忽略的重要命题。细水雾被看作是载人航天器中有效的替代灭火剂,因此研究微重力条件下细水雾的特性是很有必要的。采用VOF方法对微重力条件下水滴碰撞高温壁面后的动力学进行了研究;分析了液滴碰撞高温壁面后运动形态和温度场的变化情况,水滴对高温壁面的冷却具有很好的效果。研究了水滴初始直径和速度对水滴铺展的影响,在一定范围内减小水滴粒径,冷却壁面的效果会增强;水滴速度大小不同时。水滴冷却壁面的方式不同。微重力条件下水滴有很好的冷却作用,为载人航天器中细水雾的使用提供了参考。     

基于超高速碰撞仿真的卫星碰撞解体碎片分析

使用超高速碰撞数值仿真技术,结合自主开发的碎片识别统计方法,以Iridium33与Cosmos2251卫星在轨撞击解体事件为例,进行了在轨卫星碰撞解体碎片分析.通过有限元方法(FEM)与光滑粒子流体动力学(SPH)的复合算法,从图形角度识别出碎片云中的大碎片,然后利用二值图转换与二值图连通域的快速统计,提取出了碎片数目...     

基于蚁群算法的高超声速飞行器气动布局优化设计

针对目前飞行器优化设计领域遗传算法计算量大、效率低的情况,提出了基于连续空间蚁群算法的高超声速飞行器气动布局优化设计方法.蚁群算法是近年来发展的一种全新仿生算法,具有全局性和高效性等特点,已经成功地应用于离散空间的优化设计.采用连续空间蚁群算法,对高超声速飞行器进行了多变量、多约束下的气动布局优化设计,并与采用遗传算法和约束可变多面体法的优化结果进行了对比,指出了蚁群算法的优点.本文的研究可为蚁群算法应用于复杂、高维的大规模飞行器设计问题提供参考.