六自由度激励台精密高刚度铰链结构设计与试验应用

精密高刚度铰链作为六自由度并联激励平台中的关键组件,其性能高低对激励台的控制精度有直接影响。针对铰链所需满足的高刚度、高基频和无间隙等要求,文章提出了基于虎克铰结构的铰链设计方法。首先根据铰链所处的工况确定选用圆锥滚子轴承作为旋转支撑部件,并通过对轴承的配置和预紧实现无间隙振动运动的要求,从而确定了铰链结构形式。然后,利用有限元法校核了结构的刚度与基频,进而完成铰链结构方案和样机制造,并将样机集成于激励台中。最后,开展了铰链动态特性试验和激励台振动控制试验,分别获取了铰链的基频和激励台控制响应。结果表明,铰链可满足激励台工作频段内的使用要求,铰链设计合理。     

一种三自由度并联机器人运动性能分析

本文提出了一种新型具有相同分支的三自由度并联机构,每个分支包含一个4R复合铰链,利用螺旋理论计算了该并联机构的自由度,建立了运动学模型。基于动平台与固定平台之间的矢量方程关系,推导出该机器人的运动学方程,得到了机构的正反解。对于机构的工作空间进行了分析,得到了机构的各参数与工作空间的关系,为少自由度并联机器人的控制奠定了基础。     

一种新型球副机构的设计及分析

提出一种新型球副机构,即1S机构。该机构由两个转动副和一个等效转动副组成,其运动功能等效为球副。1S机构可通过其变种构型增强刚度和增大运动角度。同时,以1S机构为基础,可构建N-S复合球副机构;与其他运动副进行复合,如移动副、额外的转动副等,可构建X-S机构。在复合铰链中,所有的运动副:(a)均具备相对独立的运动,(b)运动轴线均相交于一点,(c)理论上可包含无数个球副。为验证1S机构的刚度和运动精度,文中建立了其刚度模型、运动学模型、考虑刚度影响的修正的运动学模型以及运动精度模型。通过数值案例分析及仿真验证,表明该球副机构具备足够的刚度和运动精度。新型球副机构的应用之一则是用于3-R(SRS)RP多环机构中的SRS复合铰链,该铰链是基于X-S机构设计且具备7个自由度的运动链,使多环机构可以实现其运动功能。     

弱撞击对接机构捕获系统运动空间研究

以弱撞击对接机构（LIDM）捕获系统的运动空间为研究对象,提出了影响运动空间的主要因素如驱动臂长度、转动副转角、结构框内径等对运动空间的限制。在此基础上,对捕获系统运动空间及其各截面进行了分析,并详细讨论了结构框内径对运动空间的影响,对LIDM的设计和优化具有重要意义。     

不同约束模型下降落伞-返回舱系统运动特性分析

建立了球铰链约束、单点吊挂约束、倒“Y”型约束三种约束模型,并对某型号舱-伞系统稳定下降过程的运动特性进行仿真计算,给出在三种约束模型下,系统运动参数随时间、高度变化的对比曲线图,并对仿真结果进行分析。计算所得结论可为降落伞-返回舱系统进行运动特性分析时简化约束模型提供重要参考。     

卫星光通信终端二维转台运动参量对天线指向影响研究

二维转台与卫星平台间的耦合运动，是影响卫星光通信终端天线指向控制的重要因素。在耦合动力学模型基础上，研究了二维转台不同运动参量对光通信终端天线指向偏差的影响。分析结果表明：在耦合动力学环境下，光束指向偏差随二维转台转动成规律性变化；当方位轴、俯仰轴转角θh、θv分别为（π，0）、（-π，0）时，指向偏差出现最大值；随二维转台转动时间的增加，天线指向偏差略有增加，转动时间由10s增加到1000s时增幅仅为1％。其结果为补偿耦合运动影响，保证天线指向控制精度，提高卫星光通信终端星上应用的稳定性打下基础。     

大倾角轨道航天器双轴驱动太阳翼构型参数优化方法

针对双轴驱动太阳翼展开后的运动包络对航天器设备产生的视场遮挡和空间干涉问题,基于机构运动学分析技术提出了一种太阳翼构型参数优化方法。首先,基于自然坐标方法建立太阳翼机构运动学模型,完成太阳翼运动状态的模拟;然后,分析太阳翼运动包络的影响因素,并明确可用于优化设计的参数,同时根据机构装配关系及视场要求形成约束条件;最后,建立以摆动角为目标的优化函数并进行优化分析。以轨道倾角86.4°、轨道高度780km的航天器双轴驱动太阳翼构型优化为例,对其构型进行优化设计和优化结果验证分析,结果表明:优化后可获得太阳翼的最大摆动角为32°,此时太阳翼基板边缘与天线、敏感器视场最小距离为5mm,太阳翼运动过程对设备视场不产生遮挡影响,满足工程应用要求,验证了优化方法的有效性,可为太阳翼工程设计提供理论参考,同时为航天器上可动设备构型优化及设备布局设计提供一种新的途径。     

基于接触理论的一类带锁定机构的间隙铰链分析模型研究

重点研究一类在我国航天器上得到广泛应用的带有锁定机构的间隙铰链，基于接触理论建立了该类型间隙铰链的分析模型。首先，将铰链零件间的接触力假设为单向的非线性弹簧，并将铰链简化为由非线性弹簧组约束的摆；然后。将展开扭簧假设为线性力矩弹簧，得到包含间隙影响的铰链的力矩-转角关系曲线。通过仿真分析和试验验证，认为铰链的力矩转角关系曲线是分段光滑的。是铰链结构尺寸、零件间隙以及材料特性的函数。呈现出明显的非线性特征。     

考虑根铰间隙的空间框架展开机构动力学分析

利用Kane法多体动力学基本理论并考虑根铰间隙影响因素，建立适用于空间柔性太阳电池阵的多框架展开机构多体系统动力学模型，对框架展开机构的展开方式和展开过程进行仿真分析，获得了机构组成部件在展开过程中的几何位置、速度、加速度等动力学特性，分析了框架展开机构各个关节点运动特性、铰链间隙与外部驱动力的相互作用规律。结果表明：合理控制框架展开机构各运动部件的驱动力矩是保证框架按照确定规律展开的必要条件；根铰间隙对太阳电池阵框架展开机构角加速度影响较为明显，进而影响到展开框架展开过程的稳定性，对转角和角速度几乎没有影响；在进行空间太阳电池阵框架展开机构设计时应严格控制铰链轴间隙，并通过动力学仿真校核间隙对太阳电池阵展开过程的影响；研究结果为空间柔性太阳电池阵多模块框架展开机构设计提供指导。     

用于卫星展开式平面天线的新型铰链研究

为保证卫星平面天线展开后工作面"无突出物和零板间缝隙",提出一种新型铰链设计。采用该铰链的天线展开后,铰链不会突出在天线上表面,不会对天线波束的发射带来干扰。基于ADAMS软件,建立了装有新型铰链的平面天线展开动力学模型;通过动力学分析和计算,确定了铰链设计的相关参数。根据设计参数和平面天线的安装要求,研制了3套铰链样机,并进行了多次展开试验验证。试验结果表明:装有该新型铰链的天线展开动作平稳,同步性好,联动装置中的绳索在天线展开过程中未出现松弛现象,因此新型铰链满足平面天线的使用要求,具有工程应用价值。     

基于末制导雷达的海面舰船ISAR成像转角分析

针对末制导雷达对舰船目标ISAR成像中导引头不同飞行轨迹所能获得的转角问题展开研究。在末制导雷达平台和舰船目标同时运动的情况下,ISAR成像总转角由两部分组成：舰船航行、晃动所导致的转角和导引头飞行形成的转角。本文在对弹目相对总转角建模的基础上,通过估计舰船晃动参数来计算总转角,提出了基于该总转角的成像转角判断条件。仿真结果表明,本文提出的方法能有效估计成像时间内的总转角,并据此判断出弹目转角是否满足ISAR成像的转角条件。
     

顶部凹陷贮箱膜片典型结构特征优化实现

用正交法表数值研究了顸部凹陷区域直径与深度及膜片厚度典型结构特征对膜片翻转行为的影响,获得膜片在不同结构特征时的屈曲与后屈曲状态。研究发现：膜片翻转效率及屈曲载荷随厚度增加而提高,顶部凹陷直径对膜片翻转效率及屈曲栽荷的影响显著,深度仅影响屈曲载荷;膜片后屈曲阶段均出现平台效应,翻转稳定,说明顶部凹陷结构膜片利于完成推进剂的管理与控制功能。由屈曲载荷与翻转效率,得到了凹陷直径与深度及膜片厚度优化选择范围。     

六自由度振动台台体结构优化设计研究

在应用六自由度振动台进行高频振动测试试验时,若台体结构被激发产生共振,则会影响测试结果的准确性。为保证台体的共振频率在工作频带之外,同时使台体重量更轻,文章提出基于二级多点逼近算法的六自由度振动台台体结构优化方法。首先建立台体结构的有限元模型,并根据实际应用工况确定台体连接面法向位移约束的边界条件,以壳、梁单元的截面尺寸和外形半径大小为设计变量,建立以台体结构一阶固有频率和静强度为约束、质量最小为目标的模型。然后,利用二级多点逼近算法对模型进行尺寸优化,并以人机交互的方式实现外形半径的优化,得到满足约束条件的优化解。最后依据优化结果设计与制造出台体结构,并完成台体样机。该台体结构实现了轻量化设计要求并应用于振动试验,验证了该结构优化方法的有效性。     

异步并行的分布式协同进化MDO算法研究

为满足分布式计算机网络环境下多学科并行设计优化协调的要求，研究了分布工协同进化MDO算法的网络异步并行实现，给出了异步并行的分布式同进化MDO算法。对导弹设计的计算实例，与单机上顺序执行的分布式协同进行MDO算法相比，异步并行的分布式协同进化MDO算法可有效缩短运行时间，而二者的收敛性能相当。算法基于CORBA/C 实现，灵活性、容错性好，便于在飞行器一体化设计环境中应用。     

横向激励下液体大幅晃动建模分析

研究部分充液球形贮箱内的液体在横向推力作用下发生大幅晃动的等效力学模型,建模过程同时考虑平动和转动激励。建立一种新的等效模型,首次提出液体的静平衡表面垂直于等效重力方向的假设,将液体的大幅运动分解为跟随等效重力的整体运动和在此基础上的小幅晃动,该等效模型能够更好地模拟液体大幅晃动情形。将仿真得到的晃动力和力矩与传统等效模型及Flow-3d的结果进行对比,验证了新模型的有效性和准确性。该模型可应用于探月软着陆悬停避障过程等实际工程问题中。     

交会对接仿真实验方案的研究

提出一种地面交会对接仿真实验方案。其中，由ＣＣＤ相机、三轴位置及三轴姿态转台系统模拟追踪器；由三轴转台及五点光源系统模拟目标器。通过ＣＣＤ相机获取目标五点光源的视频信息，并由视频处理机和计算机进行快速处理。追踪能快速算出目标器的位置和姿态，然后通过伺服系统和执行机构准确跟踪目标。建立了交会对接过程的数学模型，通过仿真验证了模型的有效性。     

K分布及其函数表的生成

K分布是一种新构造的混合模型,主要用于描述多种高分辨低擦地角的地杂波和海杂波,是目前公认能精确反映雷达杂波的模型。利用理论分析和计算机模拟,得到了整数形状系数条件下准确的K分布曲线族和分布函数表。     

高超声速导弹高空再入减速段弹道优化设计

首先建立了高超声速导弹再入段弹道模型,并将攻角作为控制变量。在满足过载及动压约束条件下,利用惩罚函数将其转化为无约束的弹道优化问题,并采用双切点遗传算法进行优化计算。文中采用两种方法:一种是直接优化攻角,另一种是给定攻角变化规律为二次曲线,优化二次多项式系数。算例表明,两种方法均取得了较好的优化结果,即满足约束条件下得到终端最大速度。但在合理性以及实现性方面,第二种方法优于第一种方法。     

纳卫星隔热层厚度与散热面面积优化设计

在纳卫星热系统动态特性分析与热分析的基础上,根据纳卫星隔热层厚度与散热面面积对纳卫星温度调节的重要作用,提出了运用混沌遗传算法（CGA）对二者进行优化设计的模型与算法。算法以使纳卫星舱内发热元件、散热面及壳体温度尽可能接近设定的安全工作温度为优化目标,以隔热层厚度与散热面面积为优化变量。并以在不同热负荷下工作的太阳同步球形纳卫星为例进行一系列优化计算及分析。结果表明：利用混沌遗传算法进行的优化设计,可以使在不同工况下的纳卫星温度很好地维持在设定的安全工作温度附近。