空间飞行器动力学与控制研究综述

概括介绍了近年来空间飞行器的动力学与控制研究的发展状况,综述了单星动力学建模和控制技术、多星动力学建模和控制技术,以及太阳帆航天器、绳系卫星等新型航天器动力学与控制技术等相关航天领域中的若干基础问题,总结了在这些领域中的研究方法及取得的成果。提出了相关领域中值得深入研究的问题及后续发展方向,如深空探测的轨道动力学、超大尺度柔性航天器的动力学建模与协同控制技术、敏捷卫星的机动控制技术、多星姿轨耦合动力学和控制技术、太阳帆航天器动力学与控制技术,以及空间绳系卫星系统的动力学与控制技术等重点和主要发展方向。     

航天柔性展开结构技术及其应用研究进展

综述了航天柔性展开结构的技术特点及其在航天器中的研究应用情况,围绕航天柔性展开结构应用涉及的薄膜褶皱、充气张力结构的屈曲失稳、展开动力学、精度测试、刚化材料等关键理论和技术基础,评述了航天柔性结构技术应用中的关键问题及未来研究重点,最后给出了航天柔性展开结构技术的未来发展趋势。     

柔性航天器动力学分析

介绍了柔性航天器动力学分析设计的理论、方法和软件,给出了所采用的建模理论与方法;建立了工程实用的柔性航天器动力学分析模型及其各类耦合系数矩阵表达式,并就系统降价和模态截断等问题进行了讨论。介绍了带大型附件一类柔性航天器动力学分析软件DASFA的功能特点,并给出应用算例。     

航天非火工压紧释放装置研究综述

压紧释放装置是航天器机构系统中的核心部件,决定了连接承载能力与分离冲击大小。针对航天器对于低冲击解锁分离装置的迫切要求,梳理了近期国内外记忆合金、热切割、石蜡致动和电磁致动4类航天非火工压紧释放装置的相关研究进展,分别对其技术途径、作动机理、性能参数等进行介绍与评述。对国内外研究进行对比分析,总结了我国非火工压紧释放装置技术领域亟需突破的研究方向与关键技术,例如轻量化、低冲击、宽温度范围、高响应速度与高一致性、可重复、低成本。     

变结构航天器动力学特性在轨辨识方法综述

动力学特性在轨辨识是对大型变结构航天器精确控制的基础和关键。首先,分析了国外在动力学特性在轨辨识领域的工程应用。其次,从在轨运行过程对动力学特性的影响出发,对在轨辨识方法的工程适用性进行了分析和评述,并总结了开展制约航天器动力学特性在轨辨识方法工程应用的条件。最后,对航天器质量特性和模态参数在轨辨识方法的应用进行了总结,可为动力学特性在轨辨识方法在我国未来大型变结构航天器中的应用提供参考。     

航天器供配电智能管理技术研究

综述国外航天器供配电管理技术由传统遥控管理发展到智能管理的4个典型阶段,介绍了航天器供配电智能管理技术在空间站、科学观测及深空探测领域航天器上的应用情况;分析了目前国内航天器采用熔断器作为故障隔离主要手段、依托遥测遥控进行供配电管理的体制,归纳了国内航天器供配电体制的优缺点,并总结出国内航天器供配电智能管理系统的3项关键技术——智能配电管理技术、故障隔离技术和能源计划动态调度管理技术,可为航天器供配电智能管理系统关键技术的研究提供借鉴。     

充气展开式结构在航天器中的应用

充气展开式结构是以柔性薄膜材料制造的可充气展开的一种新型结构,具有体积小、重量轻和成本低的特点。文章介绍了充气展开式结构的设计原理,以及充气展开式结构在航天器中的应用和研究现状,并对充气展开式结构需要解决的关键技术进行了分析,最后对其在我国航天活动中的应用进行了展望。     

无线技术在航天器电子设备互连中的应用探讨

在航天器电子系统发展的研究基础上,从应用实例和发展需求两方面,对无线技术在航天器电子系统中应用的可行性和必要性进行了讨论;对比分析了几种可用的主流无线技术的特点,指出了无线技术在未来空间可能应用的领域;总结了航天器无线技术的发展方向,并提出了无线技术在空间应用中后续须关注的问题。     

柔性航天器动力学分析

介绍了柔性航天器学分析设计的理想，方法和软件，给出了所采用的建模理论与方法；建立了工程实用的柔性航天器动力学分析模型及其各类耦合系数矩阵表达式，并就系统降价和模态截断等问题进行了讨论。介绍了带大型附件一类柔性航天器动力学分析软件ＤＡＳＦＡ的功能特点，并给出应用算例。     

考虑柔性多体特征的复杂航天器分离动力学仿真分析

为了考察柔性多体特征对航天器分离姿态的影响,提出同时考虑太阳翼和分离舱的柔性,采用分离动力学及刚柔耦合动力学分析方法,建立航天器柔性多体动力学模型,通过航天器柔性多体分离动力学分析,解决了太阳翼和分离舱柔性特征对航天器分离姿态的影响问题,利用优化分析方法对航天器分离多参数影响进行了优化分析,得出了航天器分离姿态的极限情况,分析结果为弹簧分离机构的优化设计和分离安全性设计提供了理论参考,同时对空间站、载人航天、探月工程等国家重大项目的开展奠定了基础。     

一种涡卷弹簧分离螺母装置设计及仿真分析

航天器的连接与分离技术是航天运输系统中的关键技术,连接分离装置作为该技术领域的关键装置,一直是航天领域的重要研究内容。针对航天器连接与分离的要求,提出一种涡卷弹簧非火工分离螺母装置,并对装置进行结构设计。涡卷弹簧是装置的关键部分,直接影响涡卷弹簧分离螺母装置的承载和工作特性。对涡卷弹簧的张力和扭矩特性进行分析,并通过仿真分析研究涡卷弹簧分离螺母装置的工作特性。     

航天器大型构件智能制造技术探索与推广应用

智能制造作为一种新的制作模式已经成为制造业未来的发展方向,而制造业是军民融合的典型领域。为了满足航天器大型构件产品智能制造需求,本文提出一种航天器大型构件智能制造技术体系框架,探索研究了智能工艺设计、智能生产管控、智能物流与仓储、智能制造装备等关键技术,并将相关技术推广应用于其他民用制造领域,为我国军民融合的发展积累了成功案例。     

动力学环境试验技术在航天器结构故障诊断中的应用

文章概括介绍了故障诊断领域的应用发展情况,并以某航天器结构故障诊断为例,详细介绍了运用多种动力学环境试验技术对故障原因进行诊断的过程。说明有效地运用动力学环境试验技术,不但可以暴露结构设计缺陷,还可对航天器的结构故障状态进行诊断分析,准确查找出故障产生原因,为设计人员改进设计、排除故障提供有力的依据。     

失效航天器非接触式消旋技术发展综述

对失效航天器非接触式消旋领域内的研究成果进行了综述,梳理了非接触式消旋的特点,并聚焦于系统动力学模型、消旋方法和关键技术等方面。首次将非接触式消旋方法按照其作用机理分为电磁式消旋和冲击式消旋两类,并分别总结了其技术特点和适用的任务场景。而后针对消旋任务的实践需求,系统阐释了非接触消旋中制导与控制、高性能星载计算等关键技术。最后,面向复杂空间任务和智能化消旋操控的需求,提出了非接触式消技术中4个值得研究的问题和方向。有望为未来失效航天器在轨维护和非接触式消旋技术的发展提供借鉴和参考。     

航天器可展开薄膜遮光罩机械设计的发展与展望

从可展开薄膜遮光罩的几何构型、展开驱动技术、薄膜折痕设计和薄膜褶皱动力学分析四个方面论述了航天器可展开薄膜遮光罩机械设计的发展现状和特点，在分析比较的基础上对可展开薄膜遮光罩机械设计的发展趋势进行了展望，旨在为航天器可展开薄膜遮光罩的创新发展提供参考。     

太阳电池翼在轨模态光学测量优化的计算机辅助方法

非接触光学测量方法,可作为空间站太阳电池翼等大型航天器柔性部件在轨模态分析的一种潜在手段。为合理布置相机的拍摄工位及视角,有效捕捉靶标运动的位移及方向,提出了利用轨控或姿控激励下柔性附件瞬态响应的结构动力学仿真结果,结合计算机图形学仿真技术,预示虚拟靶标运动过程成像及其位移重构效果,从而对测量有效性做出判断的实验方案评价方法,并通过仿真实验对其可行性进行了验证。该方法可发展为航天器在轨模态测量的计算机辅助优化工具,能充分利用结构动力学仿真成果,弥补大型柔性部件地面实验的不足。     

用于惯性完备性降价的模态恒等式研究

从P.C.Hughes的研究成果出发,对柔性航天器的模态恒等式及其用于动力学模型降阶的惯性完备性准则进行了严格证明和应用研究。全文详细阐述了柔性核、动量系数、角动量系数、约束模态和非约束模态等物理概念及其相关恒等式的物理意义;并对主要模态恒等式给出了完整证明;推导了航天器基频的估算公式;同时通过算例深入探讨了这些恒等式的工程应用。     

基于VFIFE法的剪式铰结构建模研究

剪式铰杆系结构在宇航领域有着广泛的应用,众多学者进行了深入研究.对剪式铰结构的展开过程分析非常重要,传统的分析方法是采用多体动力学.研究基于向量式有限元法(VFIFE)基本理论,分别建立剪式铰结构的柔性杆模型和刚性杆模型.根据强制几何约束,提出剪式铰结构的刚性杆建模方法,并推导内力计算.对柔性杆建模方法,根据位移一致原则,推导内力计算.根据理论模型,针对某一剪式铰杆系结构,进行展开过程模拟,对展开位置误差、展开时间和展开速度进行分析.研究结果表明,刚性杆和柔性杆模型均能顺利模拟展开过程,二者模型计算结果存在微小的误差.柔性杆模型特征点展开速度小于刚性杆模型展开速度,但柔性杆模型展开时间大于刚性杆模型展开时间.     

考虑太阳帆板振动的空间绳系拖曳动力学与控制

针对使用空间绳网捕获带有太阳帆板等柔性附件的大型失效航天器的碎片清除任务,充分考虑了拖曳过程中柔性附件产生的振动对系统的稳定造成的影响。首先采用凯恩方法建立了失效航天器绳系拖曳系统动力学模型,在建模过程中充分考虑系绳的质量和振动、帆板的振动、系统的轨道运动对姿态的影响等,使动力学模型更加详细和完整,且该动力学模型不受失效航天器所处位置的限制,适用于任意轨道上的失效航天器的拖曳离轨任务;之后根据平衡状态的特点,求取了系统的平衡解,并在平衡解附近对动力学方程线性化,然后采用李雅普诺夫方法分析了系统的稳定性及各参数的变化规律;并针对失效航天器可能产生的姿态章动设计了常值张力切换控制律;最后采用数值仿真的方法分析了失效航天器的帆板振动对绳系拖曳过程的影响,校验了控制律的有效性。     

基于拉索的航天器挠性部件在轨增频技术研究

航天器上的太阳电池阵等挠性部件基频较低、低频模态密集,可能会与器上活动部件产生耦合和共振,对航天器姿态及载荷工作等产生不良影响。针对此问题,文章提出用主动张紧拉索装置来调节挠性部件的频率。在调研国内外技术的基础上,分析了悬臂梁模型中支撑刚度对系统模态的影响,建立拉索增频的动力学模型并进行仿真;依据原理性试验仿真结果,设计了器上增频机构,并完成了相关地面试验验证和在轨飞行验证。本研究对于航天器挠性部件的增频和错频等技术措施的实施具有参考价值。