高速柔性转子系统非线性振动响应特征分析

针对高速柔性转子多支点支承的结构特点及转子动力特性设计的需要,分析松动支承对转子动力特性的影响,仿真研究得到多支点支承高速柔性转子系统的非线性振动响应特征。研究结果表明:工作在多阶临界转速以上的转子系统,存在松动支承时,工作中的柔性转子可能存在周期、拟周期、混沌运动。进而研究了松动支承位置、不平衡量、松动间隙等参数对多支点支承柔性转子振动响应的影响,分析结果为多支点支承高速柔性转子系统的动力学设计提供了理论方法。      

人造卫星的动静平衡试验和误差分析

本文着重介绍了人造卫星静、动平衡试验的目的、试验的原理和设备。我们专门设计了供垂直状态进行静平衡的试验设备,克服了卫星平衡试验时的挠度问题。对现有通用动平衡机进行改装,满足了卫星平衡试验对转速等的要求。并根据卫星本身无平衡轴、装夹困难、结构刚性差、要求配重尽量少而轻、平衡精度很高的特点,合理地确定了卫星悬臂平衡试验方案。通过反复试验和分析,找到了悬臂平衡时的配重规律,结合我国第一颗人造卫星的结构特点采用了大部件与整体分开进行平衡及三个配重面分别平衡的方案,使配重合理分布,解决了配重空间、位置限制及动力变形等问题,利用改装后的动平衡机能无级变速的特点,采用在动平衡机上低速静平衡、高速动平衡的方法,既省去了专用静平衡设备,又简化了操作,缩短了试验周期。最后,对试验中的各项误差分别进行了实验测定和仔细的分析计算,这些完全满足了卫星的平衡精度要求,使卫星达到了预期的飞行目的。     

一种新的刚性转子动平衡校正方法

介绍了一种间接测量刚性转子惯性的新方法,并进行了理论推导。同时给出了动平衡校正量的计算公式。     

立式悬臂转子设备连续注排液式振动自愈系统

针对常规注液式平衡装置在工作一段时间后会由于腔内液体注满无法排出而失去平衡能力的问题,利用连续注排液式自动平衡装置研制转子振动自愈系统.该装置应用在转子振动相位经常发生改变的设备上时相比常规注液式平衡盘具有平衡速度快和保持平衡能力的优点.使用该装置构建振动控制系统,运行过程中系统将实时计算转子工作转速下的振动相位,提取振动幅值信息,并根据平衡装置的安装位置,直接补偿不平衡量,从而快速地降低转子振动,并使其保持在安全范围之内.将这一装置安装在典型的立式悬臂转子设备超重力机上进行实验,结果表明,连续注排液式自动平衡装置能有效降低超重力机转子振动,并能在振动相位发生变化时快速反应,满足设备长周期安全运行的需要.     

挤压油膜阻尼器失效问题分析

说明了研究挤压油膜阻尼器(简称SFD)减振失效的意义.首先,介绍了国际上研究SFD的J.W.Lund、E.J.Hahn、R.Holmes、R.A.Cookson和E.J.Gunter等五个学术集团,归纳出他们谈论到的有关挤压油膜阻尼器失效的观点,特别着重指出了挤压油膜阻尼器失效的不正确设计.失效的现象是过不了临界和导致转子支承系统产生双稳态特性.避免失效的方法是:调整油膜间隙与不平衡量间的关系,应用全油膜,限制不平衡量和采用弹性支座.本文的结论是:假如设计参数选择不当,挤压油膜阻尼器不仅不能减振,反而会导致转子支承系统工作不稳定或过不了临界.     

复杂转子系统支点动载荷模型及其优化设计

针对高推重比涡扇发动机中带中介轴承复杂转子系统的支点动载荷振动响应及优化设计问题,建立了转子系统支点动载荷力学模型,研究在不同转速下,不平衡量、转子弯曲变形及轮盘惯性载荷等因素对支点动载荷的影响。计算分析了双转子系统支点动载荷随转速变化规律,揭示了高速双转子系统中介支点动载荷与转子弯曲变形及轮盘惯性载荷的关系,并提出了基于转子弯曲变形弹性线斜率控制的双转子系统支点振动响应优化设计方法。结果表明,通过优化高压涡轮后轴颈结构、调整低压涡轮后支点靠近中介支点,可以有效减小中介支点动载荷的大小和不平衡量对其影响的敏感度,为具有中介支点的复杂转子系统支点振动响应优化设计提供了理论方法。      

自旋卫星测试转台精度分析

自旋卫星测试转台用于自旋卫星控制系统的标定试验,是系统地面测试设备中的核心组成部分,其精度直接影响到系统标定试验的精度．另一方面,过高的转台精度指标将带来研制成本的大幅度增加,但有时仅对系统标定试验精度带来很小的提高,因此有必要对转台指标进行论证．根据标定试验原理,对转台引起的标定误差进行了分析计算,认为现有的精度指标能够满足标定需求,转台精度指标是合理的．     

基于有限元素法的挤压油膜动力特性研究

挤压油膜阻尼器(SFD,Squeeze Film Dumpers)因减振效果显著,目前广泛应用于航空发动机等高速旋转机械中.在基于雷诺方程的短轴承近似解或长轴承近似解基础上,提出了求解带挤压油膜阻尼器的转子支承系统稳态动力特性的有限元挤压油膜计算方法,该方法能有效地模拟转子系统在各种工作条件下的油膜力模型.为了验证上述理论分析结果,用有限元法计算了带挤压油膜阻尼器转子系统的油膜压力分布和油膜阻尼,分析中还考虑了油膜惯性力的影响.通过对某发动机转子支承系统的模拟计算,并与试验结果进行对比分析,证明给出的系统动力特性计算方法及性能分析结果可用于工程实际.      

连接界面变形对转子动力特性影响的力学模型

针对航空发动机在工作过程中振动量增大且伴随有一定的界面磨损问题,在结构特征分析的基础上建立了三盘转子-支承系统动力学模型,并将接触端面同轴度偏差以及平行度偏差进行参数化描述,基于Lagrange方程得到考虑界面变形的高压刚性转子系统动力学微分方程。结果表明,界面变形将使得刚性转子系统产生附加激振力,同轴度偏差引起的附加激振力幅值与转速平方成正比,仅作用在相应自由度上;平行度偏差引起的附加激振力幅值仅与系统刚度和平行度偏差量有关,与转速无关,且其在支承自由度方向上存在一定分量。      

太阳电池阵展开运动的数学模拟

分析了太阳电池阵的展开运动过程,并根据力学原理建立了模拟太阳电池阵展开运动规律的数学模型.根据某型卫星的数据,进行了地面模拟展开过程计算,并给出了模拟计算和地面展开运动试验的比较.结果表明,这一简化的模型和数值方法对于刚性太阳电池阵展开运动模拟的可行性.     

宇航立式硬支承动平衡机特大型精密轴系

本文就精密轴系的特点和可靠性做了扼要分析。采用具有双排节流器的对置轴承,使刚度成倍提高,以满足新型立式硬支承动平衡机噪声小、转速低、支撑系统力矩刚度大的特殊要求。使质量特性参数严格地限制在某个测试精度范围内。     

小卫星动平衡研究--质心不对中对姿态的影响

首先定性分析质心不对中对星体动力学特性的影响，然后由拉格朗日第二类方程导出引力场下星体运动方程的矩阵表达式，最后以50kg级长方体3轴稳定小卫星为例，分析不同初角速度和不同时间历程情况下质心不对中对星体运动姿态的影响，并分析其对星体运动稳定性的影响．本文研究为同类品种小卫星的构型设计、姿态控制系统设计以及制定卫星动平衡精度提供依据。     

基于LQR的小卫星磁姿态控制设计

 研究仅采用磁力矩器作为执行机构的近地小卫星姿态控制问题。通过对刚体卫星的非线性动力学和运动学方程在平衡点处进行线性化处理,得到一个线性周期时变系统,应用线性二次最优调节器理论设计出最优磁矩控制律。最后针对某小卫星进行了仿真验证,结果表明所设计的最优控制律可以很好地完成三轴姿态稳定任务。     

基于位置观测的北斗广播星历速度精度分析

利用广播星历计算导航卫星的速度向量是GNSS高精度实时测速的必要条件.本文分析了仅以卫星位置向量为观测量的北斗广播星历的速度计算精度.从广播星历拟合过程出发,推导了北斗18参数模型的速度向量计算公式.基于北斗13颗在轨卫星一年的实际轨道数据,分析了全年广播星历计算卫星速度向量的精度.结果表明,利用18参数模型计算的速度误差最大在10-4m·-1量级;在相同拟合时段条件下,地球静止轨道（GEO）和倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星的速度精度相当,高于中圆地球轨道（MEO）卫星.通过对位置残差序列分析,得出位置残差误差较小且变化趋势平稳是广播星历计算速度精度较高的原因.分析和计算结果验证了仅用位置观测量拟合北斗广播星历算法的有效性.      

Contact-free release dynamics of tens of stacked satellites with multiaxial rotations

Stacked satellites have a promising application in aerospace engineering for the merits of high launch efficiency and networking capability. As one of the key technical points, releasing tens or even hundreds of satellites from the stacked state in a simple and contact-free manner is of importance. In this paper, the contact-free release dynamics of tens of stacked satellites is studied with only the initial multiaxial rotations of the system. First of all, a rigid multibody dynamic model of the stacked satellite system is established via the natural coordinate formulation (NCF). The NCF modeling scheme is able to describe the large overall motions of the satellites without any singularity and makes it possible to simplify the varying constraints between the satellites. Then, the orbital dynamics of the stacked satellite system is derived via coordinate transformation by taking the Coriolis forces, centrifugal forces, and gravity gradient into consideration. In order to rapidly and accurately detect the possible contact between satellites, a convex optimization model for minimum distance computation is proposed by using a hyperelliptic approximation for a cubic satellite. Finally, a benchmark example is given to validate the contact detection algorithm and three release dynamic cases for the stacked satellites are presented to demonstrate the effectiveness of the contact-free releasing approach with multiaxial rotations.     

Compensation of time-variable magnetic moments for a precise attitude control in nano- and micro-satellite missions

Theses days, many nano- and micro-satellites are applied to several astronomy and remote sensing missions. In order to achieve mission requirements, these satellites must control the attitude precisely. A magnetic disturbance is one of the dominant sources of attitude disturbances. Therefore, this disturbance should be canceled in-orbit or on the ground to achieve the attitude strict requirements. This paper presents the effect of the magnetic disturbance to the attitude in nano- and micro-satellite missions and the sources of the residual magnetic moment of the satellites, which causes the magnetic disturbance. Then, the paper proposes a method to compensate the residual magnetic moment both in-orbit and in the design phase of the satellites. The research also focused on a time-varying residual magnetic moment. Finally, the method is applied to a micro-astrometry satellite as an example.     

MEO导航卫星在轨放气产生的干扰力矩研究

摘要： 针对多颗MEO导航卫星太阳翼展开后产生比较明显的干扰力矩，对卫星稳定控制产生了一定影响的现象，本文根据动力学模型、姿态、角速度和飞轮转速变化，给出了干扰力矩计算方法，并结合多颗卫星在轨遥测数据进行计算，得出放气期间产生的干扰力矩.通过使用此干扰力矩进行仿真得出，卫星模拟器结果和在轨表现基本一致.此研究有助于优化卫星飞控流程，并指导卫星放气孔设计.     

基于特征模型的挠性航天器姿态快速机动研究

刚体卫星的大角度姿态机动可以用常规的四元数反馈控制,当挠性帆板的振动和中心刚体的耦合系数很大时,大角度快速机动后姿态的稳定度较差．结合特征建模理论,设计一种卫星大角度机动的黄金分割控制算法,对三轴带挠性帆板的航天器姿态机动进行仿真,仿真结果表明,机动完成后的控制精度比四元数反馈控制方法的精度高一个数量级以上。     

一种在轨改善偏置动量卫星控制精度的方法

对多个偏置动量卫星在轨飞行的遥测数据观察后发现．其中一些卫星的X轴和Z轴控制误差较大，且有明显的常值偏差存在．对这一现象进行分析，从偏置动量卫星的控制原理上找到了姿态偏差较大的原因，进而提出修正方法．在轨飞行测试表明：原姿态超差的偏置动量卫星采用本方法后，姿态控制精度得到明显改善，证明了本方法行之有效．     

Preliminary study of differential force modelling on ERS-1 and ERS-2

The two near identical satellites ERS-1 and ERS-2 are orbiting the Earth in the same orbit and same orbital plane with ERS-1 some thirty-two minutes in the lead. If their altimetric datasets are differenced along the repeating ground-track any fixed geographically correlated signature will cancel. The residual signature of this differenced dataset will therefore arise from imprecise corrections to the altimetric dataset but more significantly from temporal variations in the forces affecting both satellites; in particular luni-solar attraction and aerodynamic force modelling. This study presents preliminary results of differential force modelling on the satellites with an emphasis on the aerodynamic effects.