硬X射线调制望远镜卫星结构设计与验证

根据有效载荷硬X射线调制望远镜(HXMT)质量大且集中安装的特点及总体构型布局,提出了一种卫星结构设计方案。通过简、短、直接的主传力路径设计,多组动量轮一体化安装的高刚度支架设计,大面积、高悬臂薄壁遮阳板结构的刚度改进设计,实现了硬X射线调制望远镜的高刚度、高精度安装,提高了遮阳板结构的刚度,解决了动量轮安装点动力学响应放大的问题。经力学仿真分析、地面试验和在轨试验,验证了卫星结构设计的正确性和合理性。HXMT卫星的结构设计思路及验证方法可为后续卫星结构设计提供参考。     

结构局部刚度变化对小卫星动特性影响

首先针对模块式小卫星动特性进行灵敏度理论分析，分析目标是寻找提高结构动特性的局部位置和参数。然后基于有限元法分析改变局部刚度对结构动特性的影响。小卫星结构动特性分析计算的主要问题是建立计算成本可控的有限元模型，本文详细讨论了小卫星有限元模型建模方法和简化途径，并通过7个算例考察改变模块底板局部刚度、改变适配器支撑刚度、模块问设置弹簧模拟阻尼器等对小卫星结构动特性的影响。灵敏度分析和计算表明，影响动特性的主要因素是模块盒底板刚度和星箭适配器的支撑刚度；增加模块局部刚度以及适配器支撑刚度可以屏蔽星体摆动和包带联结部位的某些频率，同时可以减缓部分中间模块的振幅；在部分模块间设置弹簧可以模拟阻尼器或减振器的效果。另一方面，降低适配器刚度可以增加隔振作用。因而优化模块刚度分布和支撑刚度分布是改进动力学性能的有效途径。本文分析为模块式小卫星动力学修改以及多功能结构设计和主动振动设计提供依据。     

基于频率的空间相机主体结构优化设计分析

通过对一连续体进行基于基频最大化的拓扑优化,得出主体结构的最优结构形式;对优化结果进行了有限元仿真计算,与传统设计方法所得的相机结构进行对比,基频稍有提高而质量有较大减小。结果表明:采用拓扑优化设计方法能够缩短设计周期,有效减小结构质量,提高了相机主体结构的动刚度,设计结果完全满足系统需求。     

航天器振动试验的频率漂移问题综述

卫星结构应以足够的强度、刚度和精度支持星上有效栽荷和其他分系统的正常工作，其中刚度要求结构的基频大于规定值，或结构的变形小于规定值。航天器设计完成后，需要通过力学试验验证结构的固有频率是否满足设计要求，验证在力学环境中结构的整体刚度是否发生改变。近年来一些型号在随机振动试验后，通过低频扫描试验表明，结构出现了频率向下漂移的现象。该文对各类文献中提到的频率漂移情况进行了归纳，对导致频率漂移的原因作了初步的分析。     

扁平型外转子混合磁悬浮飞轮动力学分析

针对扁平型外转子磁悬浮飞轮,考虑轴向被动悬浮刚度影响,采用理论模型与数值模拟相结合的方法,对系统静态悬浮和稳定旋转两种工况下的动力学特性进行了研究.结果表明,静态悬浮时,轴向刚度的变化对径向摆动固有频率影响明显,径向刚度的变化主要影响系统径向刚体平动固有频率,振型交换区内系统振型为转子刚体平动与摆动的叠加;稳定旋转时,轴向刚度的变化主要影响低速圆锥涡动频率,径向刚度的变化主要影响圆柱涡动频率.     

对接动力学仿真试验台再现频率指标验证

为验证对接动力学仿真试验台再现对接动力学过程中频率0~6 Hz相对运动的能力,用弹性棒方案再现频率0~6 Hz的碰撞过程,由建模与设计计算选定弹性棒的悬臂长度、刚度和航天器质量等设计参数,仿真分析了碰撞过程的接触碰撞力、变形量与速度,以及再现频率等的影响。结果表明:设计参数合理,精度考核方案可行。     

卫星大挠性桁架结构振动抑制试验研究

研究大型挠性空间桁架结构(LFST)的振动抑制问题.基于LFST特性,设计一套空间桁架试验系统.针对LFST具有大挠性、低刚度和低阻尼等特性,设计并研制一种圆柱式剪切型粘弹性阻尼器,给出具有粘弹性阻尼器的桁架阻尼杆的动力学模型.分别利用有限元方法和试验分析方法,对空间桁架的模态频率、模态阻尼比以及瞬态激励响应进行仿真和试验分析.结果表明应用这种阻尼器,桁架结构系统的第一阶模态阻尼比从0.49%增大到13.1%,其他各阶模态阻尼比也都有所增加.     

变截面、高刚度的三星分配器结构优化设计

基于有限元仿真优化设计,提出了一种变截面、高刚度、并联式、带倾角的三星分配器结构,满足了某运载火箭并联式三星发射任务需求,经多发飞行试验验证效果良好,为后续一箭多星发射任务提供参考。     

基于超梁降阶模型的蒙皮加筋圆柱壳频率分析

在基于梁平截面假设的复杂结构动力模型降阶方法基础上,文章提出了建立梁超单元和超梁降阶模型的方法。通过对比考虑剪切变形的Timoshenko梁单元刚度阵,给出了梁超单元刚度矩阵的修正方法,提高了超梁降阶模型的计算精度。以蒙皮加筋圆柱壳为例,对比了超梁降阶模型与几种等效梁模型的频率分析结果。结果表明,超梁降阶模型建立方法灵活简单,具有较高的计算精度,能够为火箭结构动特性分析提供参考。     

微波整流腔的仿真设计与实验

文章设计了一种用于微波电真空二极管6D3D整流的圆柱凹型谐振腔结构;利用微波工作室软件,通过计算机仿真设计,找到了最佳的谐振腔尺寸;制作加工了腔体和耦合装置;实验测量了谐振腔的谐振频率、驻波比和品质因素,测得的谐振频率为2.46GHz,驻波比为1.6,品质因素为1640,测得的频率与计算机模拟结果相当吻合。     

过程集成与设计优化技术在碳纤维增强树脂材料设计中的应用

研究过程集成与设计优化(PIDO)技术在复合材料设计中的应用。以航空器领域上广泛应用的碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)为例,开展结构刚度优化设计。根据复合材料中层压板分布特性,以结构固有频率最大为优化目标,通过选择层压板各单层厚度和铺设角度,使用有限元方法模拟铺设角度变化并输出结果,采用优化算法对结果进行判定,得到结构刚度的优化结果。对比两种不同的PIDO优化过程,提出一种结果更优的优化策略——该策略在提高结构刚度的同时,兼顾轻量化,可为优化设计提供更多思路。     

大型星载天线桁架式可折展机构的模态分析

大型空间抛物柱面星载天线具有口径大、约束弱、刚度低、质量小等特点,其机构的空间稳定性直接决定天线的使用寿命和信息传输的可靠性。为准确获得大型空间星载天线在轨稳定性能参数,依据星载天线的高精度和长寿命的设计需求,提出一种新型抛物柱面星载天线结构形式,利用有限元仿真对该新型星载天线作模态分析,并分析相关参数。结果表明:采用Al7075材料的新型抛物柱面星载天线基频满足设计要求。同时,增加上下支杆和上下斜撑杆的截面尺寸可有效提高天线结构的固有频率。该研究为我国大型抛物柱面星载天线设计提供了理论支撑和技术参考。     

有效载荷机柜结构优化设计

有效载荷机柜是载人航天器密封舱内安装有效载荷的重要结构,在设计上既要具备一定的刚度保证,以满足发射力学环境要求,又要通过减轻自身重量来提高有效载荷发射能力。文章根据载人航天器密封舱的基本结构设计要求,完成了有效载荷机柜结构的基线设计,进行了有效载荷机柜的有限元建模和模态分析,以减重为目标,刚度为约束条件,完成了有效载荷机柜结构优化设计,并基于敏感度分析得到了有效载荷机柜结构设计参数对其刚度的影响关系。文章的分析思路和研究结果对工程设计具有指导意义。     

固体火箭发动机磁悬浮试验架系统动态性能分析

在磁悬浮系统数学模型的基础上,将磁悬浮试验架对发动机的悬浮支承等效为质量一弹簧．阻尼系统。计算了磁悬浮试验架的刚度、阻尼及固有频率,计算结果得到了试验的验证。表明除系统机械设计参数外,控制方式及控制器参数是影响系统动态特性的关键因素,并通过仿真说明了控制器参数对系统动态性能的影响。为设计适合发动机试验的磁悬浮系统提供参考。     

考虑压电耦合的空间充气展开结构频响特性分析

着眼于利用柔性压电元件获取空间充气展开结构的动力学特性，文章基于通用有限元软件ABAQUS，建立考虑压电耦合的空间充气展开结构频率响应分析方法，依次进行非线性充气预应力分析、模态分析和频率响应特性分析。以空间充气杆为例，分别利用有限元仿真和地面实验的方法得到其频响曲线，两者共振峰频率偏差小于2.3%，验证了充气展开结构有限元仿真方法的有效性。研究结果可为进一步分析空间充气展开结构的动力学特性和实施结构优化设计提供参考。     

相变材料深空控温技术研究

随着航天电子产品向小型化、集成化方向发展,产品热流密度迅速增长,其抗热冲击散热问题成为制约产品设计的瓶颈问题之一.使用相变控温技术可以很好地解决该问题,且相变控温属于被动控温,可靠性很高,符合航天产品要求.以某VPX标准机箱扩热板结构为研究对象,提出相变材料与载荷产品结构复合一体化的相变控温装置设计方法.通过设计试验进...     

三单元立方体卫星的结构特性分析

立方体卫星凭借着其质轻、体积小、灵活性强等特点得到了快速发展。文章以南京理工大学研制的三单元立方体卫星为研究对象,采用有限元法对其结构进行仿真计算,验证了整星模态频率满足刚度要求。基于仿真结果对PVC板进行了合理的改进,结果显示立方体卫星3个方向的一阶频率分别提高了36.8%、14.4%和36.3%,同时改善了PVC板的振动特性,为后续整星振动试验的开展及其他立方体卫星的结构设计提供了参考依据。     

小卫星瞬态外热流下动态传热特性分析

为揭示小卫星瞬态外热流下的动态传热特性规律,以小卫星双层集总参数模型为研究对象,推导得到动态热平衡方程。类比阻尼振荡系统,采用时频变换和传递函数分析的新思路,对温度与热流波动量间的幅值特性和相位特性变化规律进行理论研究,并利用数值方法进行验证。结果表明:推导获得了小卫星传热系统自然频率和阻尼比的热参数准则式,并证明了小卫星传热系统在热激励下振荡特性为过阻尼。阻尼比和频率比的增大及热流静位移的减小均可降低温度的波动幅度,不同频率比范围下阻尼比对热流的波动量与温度波动量间的相位差的影响呈相反规律,数值结果与解析分析结果一致。可为低热惯性小卫星的热控优化设计提供理论参考。