空间薄膜阵面结构褶皱分析

薄膜褶皱是空间薄膜阵面形面误差主要因素,其制约阵面技术性能参数。首先,基于ABAQUS软件,建立薄膜褶皱数值仿真过程和方法;对正方形薄膜阵面进行了褶皱数值模拟分析,包括分析模型和参数分析,考虑了预应力值、膜边形式（膜边、索边、卡框边）、粘结缝及粘结缝模拟方法、剪应力值对阵面褶皱的影响,取得了阵面褶皱参数特征和规律。论文方法和结论对薄膜阵面结构设计研发具有参考价值。
     

机械展开式再入飞行器柔性面材料力学性能仿真

针对中国未来地球再入及深空探测的任务需求,开展了机械展开式再入飞行器的研究。文章基于机械展开式再入飞行器的结构特点,采用时空守恒元解元方法,建立三维非定常环境下机械展开式再入飞行器气动面的流固耦合数值模型。主要针对柔性面材料的弹性模量进行对比仿真计算,分析柔性面的变形及应力情况。通过对比分析得到:飞行器背部产生较明显的涡,起到抑制柔性面变形的作用;柔性面变材料的弹性模量的适用范围,当弹性模量为50GPa左右时满足使用要求;柔性面变形和应力的分布及大小,最大变形位置位于柔性面边缘,柔性面中部形成向内的凹陷,且其最大变量形略小于边缘变形量;文章讨论了柔性面厚度对变形量变的影响。文章结果为柔性面的气动特性及气动加热分析提供基础,也为柔性面的工程研制提供参考。     

基于薄膜褶皱分析的非线性协调方程

文章提出了薄膜二维参变数模型,该模型描述了三种基本区域：张紧区、起皱区和松弛区。相应的参数变化规则也定义在二维参数模型之中。以二维参数模型和参数变化规则为基础,借鉴薄板大挠度问题中对板的中面的分析方法来分析薄膜结构,导出薄膜起皱问题三维数学模型的非线性协调方程。     

一种场景无关的图像清晰度评价方法

图像清晰度是遥感相机调焦技术中度量离焦状况的关键参量,调焦系统根据对比不同焦面的图像清晰度来获取最佳焦面的位置。高分辨率线阵CCD遥感相机成像时地面场景不断变化,而常用的图像清晰度评价方法由于依赖景物不变性而失效,因此,文章提出了一种空域和频域相结合的清晰度评价方法。该方法在空域中提取图像内的有效边缘并计算得到图像有效边缘宽度;在频域中,仅抽取图像频域特定高频成分并得到高频成分的频谱强度均值,计算得到基于边缘宽度和高频强度的图像清晰度。经试验验证,该方法适用于场景不断变化的线阵CCD遥感相机图像清晰度的评价,相较传统方法更加准确有效。     

平面薄膜天线张拉系统优化设计及天线结构模态分析

设计航天器平面薄膜天线双重索网张拉系统的构型,并以可伸展支撑杆承受轴力最小、薄膜阵面有效面积比最大、端杆长度最小为优化目标,对张拉系统进行多目标优化。优化后可伸展支撑杆所受轴力减小了15.51%,薄膜阵面有效面积比提高了1.25%,端杆长度减小了0.30%。利用ABAQUS软件对索膜结构、支撑框架以及天线整体的模态分别进行仿真分析,将天线结构等效模型基频的解析解与仿真结果进行比对,二者相互印证。最后通过仿真分析,得出薄膜内拉应力、可伸展支撑杆壁厚、可伸展支撑杆铺层角度和端杆壁厚对天线整体基频的影响规律。     

视频卫星对地凝视成像姿态调整技术研究

针对视频卫星成像时视轴对地面目标的指向保持问题、面阵传感器与目标区域之间的相对运动导致的成像质量问题,进行视频卫星对地凝视成像姿态调整技术的研究。首先建立使用面阵传感器的视频卫星对地凝视成像姿态运动学模型,分析卫星与地面目标之间的相对运动过程。然后,以成像质量为基本约束条件,提出一种对地面区域目标凝视成像的三轴姿态机动规划方法。最后,对姿态机动规划方法进行数值仿真和验证,依据仿真结果,提出面阵凝视成像对卫星姿态控制精度的需求。数值仿真分析结果表明,文章提出的面阵凝视成像姿态机动规划方法是合理可行的,所需的姿态指向稳定度为0.003(°)/s,偏航轴姿态稳定度为0.069(°)/s,姿态指向精度为0.01°。     

空间带电粒子辐照与预应力耦合作用对功能形面薄膜结构性能影响研究

空间大尺度薄膜航天器是航天技术发展的重要方向,采用折叠展开的大面积功能形面结构是此类航天器的基本特征,为满足热控、通信、聚光、成像与能量传输等功能,结构需要通过预应力来维持形面,保证较高的形面精度和结构基频,但预应力加载对带电粒子辐照下薄膜材料性能退化存在促进作用.文章通过对薄膜材料在不同预应力工况和空间环境耦合作用下的损伤行为以及退化规律开展试验研究,建立与预应力状态、辐照注量相关的材料性能退化规律,量化研究了预应力对空间辐射环境下功能形面薄膜结构性能影响.随着薄膜力学性能的退化,形面结构基频随之有微弱的降低,且对薄膜结构平面度造成一定影响.     

薄膜区传热传质蒸发对毛细蒸发弯月面稳定性的影响

蒸发毛细弯液面的稳定性对两相传热装置的运行有着重要意义。由于弯液面的蒸发50%以上发生在一个微小区域,即延展薄膜区,可以预期不稳定性将最先产生于这一区域。为对蒸发弯月面的稳定特性进行机理性研究,首次提出一种将线性稳定性分析与薄膜区传热传质数值分析巧妙结合的研究方法。该方法通过传热传质数值分析获得能够反映弯月面稳定特性的特征膜厚和长度,并将其应用于线性稳定性判据以获得弯月面的临界过热度。分析表明,两种方法的结合可以有效揭示蒸发弯月面的稳定机制,特别是毛细管半径、弯液面温度和工质的热物性对弯月面稳定性的影响。与相关文献报道的实验结果比较,证实了该方法的有效性。     

预应力下空间站柔性太阳翼动力学特性分析

空间站柔性太阳翼上有以下预应力:1)在轨工作时,会周期性进出地球阴影区,结构温度会发生周期性的变化,温差在结构上产生了热应力;2)中央桁架斜拉杆上作用有展开预应力;3)柔性阵面上施加有张紧力。这些预应力都会引起几何刚度,从而改变太阳翼结构的动力学特性。文章使用Abaqus非线性动力学求解功能,首先对中央桁架部分和柔性阵面部分分别建立有限元模型,研究预应力对太阳翼动力学特性的影响,发现只有柔性阵面上的张紧力影响最为显著;然后针对完整的太阳翼结构,考虑阵面张紧力作用下,研究其动力学特性,并与未考虑预应力引起的刚度变化时的结构动力学特性进行对比分析。     

大变形太阳电池阵展开的多体动力学分析

由于存在大变形、非连续和大体量等特点,对大型太阳电池阵的展开过程进行动力学仿真面临着巨大的数值困难。基于共旋坐标法和无转动自由度的板壳理论,考虑柔性电池基板的几何非线性效应与电池板之间的接触碰撞,建立大变形柔性太阳电池阵的多体动力学模型。对大型的太阳电池阵的展开的动力学过程进行数值仿真,并对该过程中的复杂的动力学现象进行分析。研究结果给出了不同驱动下电池基板的响应、应力分布特征以及基板之间的碰撞规律。此项研究不仅为空间站大型太阳电池阵的设计和优化提供了参考依据,也为其它大型可展开空间结构的仿真提供了一种多体动力学分析方法。     

空气涡轮火箭发动机内外涵气流掺混研究

通过无化学反应、均匀进气条件下肼单组元空气涡轮火箭发动机混流燃烧室内流场的数值计算,得到了流向涡与正交涡系产生、衰减演变过程及其对内外涵气流掺混效率的影响规律。结果表明,大尺度阵列二次环流诱导形成的流向涡对内外涵气流掺混起主导作用,大波瓣穿透率的斜切波瓣混流器的综合性能较优。结合热试车结果,分析了包括波瓣混流器在内的两类掺混方案的强化掺混效率。分析表明,非均匀进气条件对小尺寸空气涡轮火箭发动机掺混燃烧效率影响很大。     

空间含镀层薄膜天线应力均匀化分析与验证

针对空间大尺度含镀层薄膜天线建模中尚未涉及镀层对应力均匀性影响的问题,以及双轴张拉试验装置施加拉力不均、薄膜平面度不足的问题,开展了空间含镀层薄膜天线应力均匀化研究。首先,进行了含镀层薄膜单元的力学建模,用经典层合板理论推导了含镀层薄膜区域的力学特性参数(杨氏模量和泊松比);其次,为了获得建模所必需的薄膜基底和镀层两个组分的力学特性参数,开展了均载薄膜双轴张拉试验,分别测得了镀层和薄膜的杨氏模量和泊松比;然后,在力学建模的基础上,分析了平面薄膜天线设计参数对应力均匀性的影响,得出了薄膜面积、厚度、边荷载、薄膜材料对应力均匀性的影响规律;以薄膜内应力标准差最小为优化目标,对空间大尺度含镀层薄膜天线进行了优化设计,使优化后的薄膜内应力标准差减小为优化前的4.6%;最后,对蠕变抑制效果进行了仿真校验,优化后的薄膜结构工作10年时蠕变导致的位移减小为优化前的27.6%,优化设计对空间大尺度薄膜的蠕变起到了有效的抑制作用。     

激光辐照充压柱壳温度场和应力场数值模拟

考虑了材料参数随温度的变化,用有限元法计算了充压柱壳在不同预应力载荷、光强分别为均匀分布和高斯分布的激光辐照下的瞬态热力学耦合过程,计算出温度场和应力场。分析了热力学耦合规律,给出了破坏的危险部位。计算得到,应力峰值出现在激光加热的高温区和常温区的交界处;对于光强高斯分布,破坏首先发生在光斑中心附近;而对光强均匀分布,破坏首先会发生在边缘处。     

镍基单晶冷却叶片高温持久性的理论与试验研究

采用含有0~4排气膜孔的薄壁平板试样模拟镍基单晶冷却叶片,研究了气膜孔排布对镍基单晶冷却叶片高温持久性的影响,并基于晶体塑性理论建立单晶材料蠕变数值计算模型,将其编入Abaqus用户子程序中,对不同气膜孔排布的薄壁平板试件进行有限元分析。试验结果表明,在气膜孔数相同的情况下,随着气膜孔排数的逐渐增多,冷却叶片高温持久寿命不断降低,且下降趋势逐渐加剧。文中提出了基于有限元数据的高温持久寿命预测幂函数模型,在对应孔排布、应力、温度条件下,其相对误差均小于3%,有限元分析得到的应力场分布结果与试样的断口形貌相吻合。     

空间站大面积柔性太阳电池阵的动力学问题

讨论了空间站大面积柔性太阳电池阵的动力学问题。针对该种太阳电池阵的结构特点，指出了动力学分析的复杂性。对国外所开展的几个有关动力学问题的工作作了简单的介绍。最后，利用解析法和有限元法分别对一个大面积柔性太阳电池阵的动态特性进行了分析和计算，并给出了初步的数值结果。     

晶格阵列结构与主流高超声速气膜冷却交互作用的数值研究

着眼于充分利用晶格阵列结构良好的传热强化特性改进高超声速飞行器内部主动冷却结构设计,探讨晶格阵列、Pin-fin阵列与主流高超声速气膜冷却相结合的热防护性能,并采用三维数值计算方法分析了Kagome、BCC晶格阵列结构以及Pin-fin阵列结构与高超声速气膜冷却的交互作用机制。研究表明,晶格阵列的扰流作用使冷却流体的肾形涡系在展向上与壁面的贴合程度更高,从而使气膜孔附近下游壁面的展向气膜冷却效率得到提高,有效改善高超声速气膜冷却覆盖效果。     

考虑重力影响的太阳翼模型修正方法研究

太阳翼结构地面模态试验时重力导致的几何非线性不能忽略,因此提出了一种考虑重力影响的柔性结构动力学模型修正方法。首先推导了地面环境下结构的切线刚度矩阵,求解广义特征值,得到重力影响下的模态,对试验和计算得到的模态振型进行匹配,并进行参数的灵敏度分析,选取合适的修正参数并迭代求解参数的修正量。以展开锁定情况下的太阳翼组合结构为研究对象,对比研究发现重力对模态频率有影响,采用分步修正策略,依次对单翼板弹性参数和翼板间连接刚度进行修正,研究结果表明本文方法不仅收敛速度较快,且具有较高的精度。     

基于径向对称二元阵的非同向阵列测向方法

非同向阵列是指阵元指向互不相同的阵列,其在辐射源测向方面具有独特的优势,已广泛应用于电子侦察。由于多径传输、电离层折射等传播因素的影响,电子侦察面临着更多的（椭）圆极化信号,现有的非同向阵列测向方法对（椭）圆极化信号存在固有的测向偏差。研究了电磁波及天线极化对非同向阵列测向的影响机理,提出了一种基于径向对称二元阵的非同向阵列测向方法,能够测量任意极化信号的到达方向,对于非同向阵列技术的发展具有重要的意义。仿真结果对文中所提出的算法进行了验证。     

混沌免疫算法应用于超低副瓣天线阵优化研究

文章分析了六角形排列的平面阵列天线的远场分布,介绍了基于混沌理论的混沌免疫算法,结合六角形平面阵列天线实例及超低副瓣要求,给出了基于该算法的阵列天线方向图优化方法,得出了超低副瓣方向图。仿真结果表明,混沌免疫算法收敛速度快,搜索效率高,具有良好的应用前景。