一种直升机尾轮锁紧装置集成一体化设计与研究

为了研究开环控制系统下的电动机构效率特性和运行精度，本文以一种直升机尾轮锁紧装置为例，介绍了该装置集成一体化设计方案及关键功能的结构设计及计算，对锁紧和解锁响应时间、负载能力、电机功率、手动解锁方案、多圈旋转运动机械限位等进行了设计和分析计算，根据齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、滚珠丝杠副、螺旋滚道副传动原理完成了带多圈机械限位且符合人体工程学操作要求的手动接口。对传动结构强度和寿命进行了仿真分析，通过样机检测和调试试验，验证了设计计算与仿真结果的可靠性和调试方法的合理性，在传动机构效率调节、霍尔传感器运用、开环控制系统下的机构输出精度控制等方面获得了经验参数。通过预紧调整和提前量设定，可以提高传动系统28.6%的工作效率并保证不低于0.2mm的运行精度，为类似一体化机电产品的设计研制提供了参考。     

基于形状记忆聚合物复合材料航天航空可变形结构技术研究进展

形状记忆聚合物及其复合材料是一种在相应的外界刺激下可以在临时形状和初始形状之间进行切换的智能材料,具有低密度、低成本、可回复变形大,刺激方式可控等优点,在航天航空领域,如:空间可展开结构、锁紧释放机构、变体等,展现出来了巨大的应用潜力。这些应用大多处于开发阶段,一部分完成了地面功能验证,少部分进行了航天实验。本文首先总结了形状记忆聚合物(SMP)和形状记忆聚合物复合材料(SMPC)的分类,以及恶劣的空间环境因素下SMP的性能变化。随后总结了SMPC的空间可展开结构,包括:铰链、桁架、太阳能电池阵;SMPC的解锁释放结构;SMPC的变体结构以及基于4D打印的SMPC可展开结构的潜在应用。最后,对形状记忆材料和结构的发展前景进行了展望。     

一类空间对称6R机构的运动学研究及组合应用

可展开平板机构已广泛应用于平板天线、太阳翼等航天机构产品。为提高可展开平板机构的刚度和展收比,将空间对称6R机构应用于可展开平板机构设计。首先,根据约束条件,计算后给出了一种空间3R运动链的几何参数关系;然后,结合螺旋理论,分析了该3R运动链的约束螺旋系;进而根据对称性,研究了空间对称6R机构的自由度、奇异性等运动特征;在此基础上,提出了一种特殊的空间对称6R转动机构;最后,研究了空间对称6R机构的组合方法,设计出一种新型单自由度可展开平板组合机构,并对其进行了运动学仿真验证。该可展机构具有二维方向的展开收拢能力,为可展开平板机构的创新设计提供了有益参考。     

折叠翼缓冲装置参数确定分析

对某折叠翼所采用的金属橡胶缓冲器的设计参数进行了研究。本文采用准静态接触有限元分析与ADAMS动力学仿真结合的方法,将刚体动力学接触碰撞刚度与有限元接触刚度相融合,确定了等效的缓冲装置线弹性材料参数,最后得到了不同驱动力与缓冲装置组合下折叠机构展开到位的冲击载荷,可为展开机构设计及缓冲装置工程研制提供参考。     

套筒驱动的大型可展收柔性太阳翼地面展开重力卸载研究

大型空间展开机构在微重力环境工作,自身不具备克服地面重力展开的能力,在地面进行展开试验验证时,需对机构进行重力卸载。套筒驱动的大型可展收柔性太阳翼存在在轨展开步骤多路径复杂、活动部件多、收拢构型紧凑而展开尺度大的特点,地面重力卸载难以实现。以过程无需调整航天器姿态就完成全部展开步骤为目标,利用气浮法、配重法、悬吊法等对展开过程的不同步骤设计了相应的重力卸载方案。采用特殊构型的工装解决了干涉问题,采用主动牵引的方法消除了工装引入的摩擦力。方案得到地面展开试验验证,具有工程借鉴价值。     

基于分岔理论的起落架撑杆式锁机构设计

提出了运用分岔理论研究锁机构性能问题的分析方法，以前起落架上下位一体式锁机构为对象，基于分岔理论，通过数值延拓，研究了收放作动筒和解锁作动筒对该机构稳定性能的影响，阐释了锁机构运动分岔图中分岔点与上锁、解锁行为的对应关系，并分别针对上、下位解锁过程按照不同解锁力共划分了5种锁机构解锁状态。论述了延拓解锁、上锁分岔点得到的轨迹曲线，并根据曲线临界尖点定义了临界解锁力和临界解锁角度2个状态变量，随后分析了弹簧刚度、原长和安装点位置对以上变量的影响趋势。基于影响分析结果，在锁机构上锁能力一定的前提下，改变参数，优化了下位临界解锁力。研究表明，分岔分析能够快速全面地把握锁机构动力学特性随不同参数的变化趋势，在分析锁机构性能、指导参数初步设计方面有一定优势。     

转位机构高温传递故障分析及改进优化

转位机构作为惯性测量单元旋转调制用构件,因其具有较复杂的机械传动结构,容易受到热、力的影响出现工作故障.针对转位机构在高温环境下的解锁故障问题,开展了结构热应力分析及机构优化改进,分析了某转位机构的高温解锁故障,进行了故障排查,在排除元器件、电路等故障后,将原因初步定位于机械传动结构在高温升环境下的应力问题.基于热力学原理分析了转位机构热应力的产生机理,同时根据工况环境和系统参数构建了热力学模型,使用有限元分析软件ANSYS进行仿真.仿真结果表明:在温度升高状况下,因各部件的热膨胀程度差异在部分运动副产生应力集中,实验证实了存在明显应力集中的运动副卡滞是导致机构高温解锁故障的原因.根据分析结果,分别从锁紧应力控制、解锁应力释放、应力状态快速判断三方面提出软件升级、装配工艺控制等措施,经过优化改进,转位机构在温度升高情况下的传递故障问题得到有效解决.     

空间对称型7R机构运动特性分析及组合应用

提出了一种空间对称型7R机构，可利用此机构组合构造空间可展开机构。通过旋量拓扑图分析了其整体自由度，得到了其运动副轴线方位变化时整体机构自由度数目的变化情况；基于反螺旋理论分析了运动副轴线方位不同的情况下运动输出构件的自由度数目和性质，并针对其瞬时性做了判别，发现其在不同运动副轴线方位布置情况下会出现局部自由度与瞬时自由度；分析了机构在不同驱动情况下的奇异特性，得到了机构在不同的驱动下处于奇异位形时的几何条件；最后选定自由度为1时的空间对称型7R机构组合构造了一类单自由度多棱锥型空间可展开机构，通过设置其运动副轴线方位，可以使其具有较大收拢率，同时当机构完全展开时，奇异特性使得其具有较好的力学性能。通过多个棱锥型空间可展开机构的组合，可以构造出新型大尺度空间可展开机构，在航空航天领域具有较好的应用前景。     

机载计算机B型前锁紧装置的设计研究和应用

以机载计算机所使用的后矩形电连接器的需求为出发点,以G JB441-88《机载电子设备机箱、安装架的安装形式和基本尺寸》的规定为基础,重点研究了B型前锁紧装置的工作原理、结构设计以及在工程中的应用,针对可能出现的问题给出解决的方法。采用Autodesk Inventor三维设计软件进行结构设计,对设计结果采用MSC.Fatigue软件进行强度仿真,根据仿真结果对设计进行优化。设计开发出一套符合相关技术要求的B型前锁紧装置。列举几种已通过的典型的试验环境,证明该结构设计合理可行,满足机载电子设备的使用要求。     

载人航天器舱门有限元分析及机构最小传动角计算

舱门关闭后的密封性及开闭操作的灵活性是载人航天器舱门的重性能。应用有限元法分析已有载人航天器舱门结构在舱内外有压差情况下的应力和变形,以及舱门结构变形对安装在其上的周边传动锁紧/释放机构的影响,并对该机构最小传动角进行优化计算,给出机构优选的设计参数。     

微小精密机电系统螺纹连接机构精准装配技术

针对微小精密机电系统中装配连接性能不一致、可靠性差等问题,以某微型挠性摆式加速度计的恒力锁紧机构为例,从装配结构优化、装配工艺精细化设计、装配连接可靠性等3个方面回顾了国内外研究现状,并论述了从这3个方面入手解决恒力锁紧机构载荷精准形成与保持的可行性。结合锁紧机构中被连接组件具有不同材料属性的“三明治”式结构,以及该机构具有多材料、异型异构、跨尺度变形的复杂几何与装配特性,提出了“由内向外”锁紧载荷设计和“由外向内”锁紧载荷保障的解决思路,旨在实现某微型挠性摆式加速度计装配连接性能的高可靠性与高保持性,并以此提升该型加速度计的零偏稳定性。     

吸能拉杆动态拉伸冲击试验技术研究

针对某吸能拉杆具有细长、拉伸率大和均匀拉伸性能好的特点,根据冲击试验环境要求,设计一种吸能拉杆动态拉伸冲击试验方法。该方法首先构建试验件与夹具整体运动到一定速度的试验环境,然后给试验件施加一定冲击载荷使其拉伸直至拉断,最后通过数据的采集、处理和计算得到拉杆拉伸性能参数。根据以上研究,该试验方法在某拉杆产品动态拉伸冲击试验中获得良好应用。     

星载平面可展天线支撑桁架的结构效率优化

针对折展结构性能存在多指标且这些指标之间又相互制约的特点,把结构效率引入到可展结构的优化设计中,应用多因素正交试验法对一种空间可展开平板天线支撑桁架的优化问题进行了研究。对其关键几何设计参数进行了分析,建立了桁架结构的优化数学模型,以结构效率最大化作为优化目标,对可展桁架进行了结构优化,得到了支撑桁架各杆件的设计参数。结果表明:结构效率综合考虑了质量和刚度的影响,使结构质量和刚度同时得到优化;长宽比(l/w)是影响可展桁架结构性能的主要因素,对不同优化目标产生影响的次要因素有所不同;截面积对结构效率影响不显著(置信度p=90%),在相同杆长参数配置下,等截面可展桁架的结构效率仅次于变截面方案,但工程经济性最佳。该研究方法有助于在概念设计阶段从系统设计的角度进行空间桁架结构的快速设计与优化。     

航空铆钉的动态力学性能测试

在飞机鸟撞的课题研究中,数值模拟占据着日益重要的地位,而数值模拟的精度在很大程度上依赖于铆钉力学参数的准确性,但是目前航空铆钉的动态力学性能参数还很匮乏。本文测定了航空铝合金铆钉在不同加载速度下的剪切和拉伸力学性能。设计了基于分离式Hopkinson拉杆系统的铆钉动态性能测试装置,并利用此装置对7种不同型号的航空铆钉进行了动态剪切和拉伸试验,得到了每种型号铆钉的动态力学性能。利用电子万能试验机对7种铆钉进行了两种应变率下的准静态剪切和拉伸试验,并且和动态试验结果进行对比。讨论了加载速度、加载形式、铆钉直径以及铆钉形式对铆钉力学性能的影响,并利用扫描电子显微镜(SEM)观察了铆钉剪切破坏以及拉伸破坏的断口形貌,分析了其破坏形式。本文的研究结果对于航空铝合金铆钉在工程中的应用、尤其是在抗冲击领域的应用具有指导意义。     

一种空间几何演示和解题用的辅助装置

本装置通过部件随意组合,可演示涉及空间点线面各学科的有关概念的定义、定理、定律及解题方法,在工农业产品的设计、检测中得到了广泛的应用。     

天平与波纹管系统结构设计与有限元分析

为满足某飞机后机身风洞试验需求,研制了一种用金属波纹管密封测力天平的新型测力装置。利用密封原理,该装置的波纹管结构能有效地隔断风洞流场压力波动,使其内腔压力平衡,确保天平精确测量作用在飞机后机身上的气动载荷。通过对天平与波纹管系统进行合理的结构设计,以及应用有限元方法进行详尽的静态和动态力学分析,该装置得到了较为理想的设计结果。天平地面校准和风洞试验结果表明,波纹管密封效果好,对天平测力干扰小,达到了预期的试验要求。     

一种空间超大型可展开柔性聚光器

面向空间太阳能电站（SSPS）对大口径太阳能聚光器的应用需求,提出一种超大型、轻量化、高精度的空间可展开柔性聚光器的新构型。采取理论建模、计算仿真、优化设计相结合的方法对其抛物面构型原理、展开机构折展原理、展开态结构稳定性、动态聚焦精度等问题进行研究,并完成大口径可展开柔性聚光器的设计。提出了基于多层弹性花瓣镜体复合结构的大口径柔性聚光器优化创新设计方法。由于采用薄板柔索结构,本聚光器具有精度高、展收体积比大、质量轻、在线控制简单等优点,为空间太阳能电站千米级聚光器提供一种创新设计方法。     

基于LMS的登机门解锁抬升机构动力学分析

针对某大型公务机的门梯合一堵塞式登机门设计方案,设计了一套解锁抬升机构。为保证足够的安全性,机构中的内手柄锁和凸轮设计用于保障非意外开门,释压门则用于保障客舱只有在锁闩处于锁定情况下才能增压。为验证机构设计方案的可行性,采用LMS Virtual Lab软件建立其解锁抬升机构的多体动力学仿真分析模型,分析其在抬升凸轮、手柄锁和释压门等主要安全保障机构的影响下,登机门开启时所需的手柄力矩的大小。仿真分析得到了设计预期的手柄力矩结果,验证了登机门机构方案设计的可行性,说明设计方案能够满足使用要求。     

空间机构技术发展趋势及展望

概述了我国空间机构技术的发展历程,结合当前我国航天技术的发展需求,对后继轻质大型展开机构、高精度指向机构、智能操作机构三个发展方向的研究概况进行了分析。在此基础上,根据空间机构的复杂度和其在航天器系统中的地位变化,总结出我国空间机构单机-分系统-机械系统(平台)的发展趋势,归纳出了目前空间机构发展中"结构-机构一体化分析"、"材料-机构一体化设计"、"控制-机构一体化设计"的技术特点,提出了加强柔性机构动力学技术、大变形材料制备及应用技术、微驱动技术的研究,以配合新型空间机构技术发展的建议。     

一种空间有源太阳翼铰链机构设计与研究

针对某空间微纳卫星太阳翼铰链机构的任务需求,设计了一种采用空间步进电机、无刷旋变、减速机构、微动开关、可重复部署展收和锁定的适应空间应用环境的轻质小型化、高可靠太阳翼铰链机构,开展了整机模态参数分析,并完成了工程样机试验验证。试验结果表明,该机构具有较高的定位精度、较大的负载能力和较好的环境适应性,可为后续空间有源微纳卫星太阳翼铰链机构研制提供参考。