航天轴承摩擦力矩的最大熵概率分布与bootstraP推断

滚动轴承摩擦力矩具有不确定的波动和趋势变化,属于概率分布与趋势规律都未知的乏信息系统。这是一个重要问题,它阻碍了对轴承摩擦力矩的小样本分析与总体把握。为了解决这个问题,根据最大熵原理,从小样本入手建立航天轴承摩擦力矩的概率密度函数。以此为基础,在讨论了摩擦力矩的时域特征与概率分布特征后,用bootstrap对摩擦力矩总体的分布参数进行统计推断。试验研究表明,推断结果和试验结果之间的误差很小,满足工程要求。因此,用小样本可以描述航天轴承摩擦力矩总体的统计特征。     

自由陀螺仪装调中的几个问题

简述了一种二自由度框架陀螺仪装调中的几个主要问题,即轴承选配和轴向间隙调整;输电装置接触可靠性与陀螺单向漂移;以及静平衡、摩擦力矩检查和陀螺仪调试。提出了控制输出信号跳动,避免陀螺单向漂移,保证陀螺仪精度和工作稳定可靠的技术措施。     

高精度长寿命固体润滑滚动轴承弹性加载方式

文中讨论了空间飞行器高精度、长寿命、高可靠性活动部件——固体润滑滚动轴承的一种预加轴向载荷的方式。实验证明经过良好的设计和装调,采用转移膜润滑工艺,加以准确合适的均匀的轴向预载,可以使轴承保持低且较稳定的摩擦力矩、高的旋转精度和较长的寿命。     

高精度长寿命固体润滑滚动轴承弹性加载方式

文中讨论了空间飞行器高精度、长寿命、高可靠性活动部件－固体润滑滚动轴承的一种预加轴向载荷的方式。实验证明经过良好的设计和装调，采用转移膜润工艺，加以准确合适的均匀的轴向预载，可以使轴承保持低且较稳定的摩擦力矩、高的旋转精度和较长的寿命。     

电磁阀磁路结构对动作寿命的影响

针对某发动机电磁阀寿命故障问题,分析了电磁阀衔铁卡滞的原因,确定了由于衔铁在壳体部件腔体内上下受力不均匀,产生了扭转力矩,导致在运动过程中的局部剧烈摩擦是故障的根本原因,基于此,提出了电磁阀的改进方案,验证结果表明改进磁路结构有效解决了寿命失效问题。     

基于改进型重复控制的光程扫描控制系统设计

为获取高分辨率、高准确度的精细光谱,在光谱探测系统中,需要实现大光程差,高平稳的往复扫描调制;扫描过程是由电机驱动。文章通过分析扫描特性,建立了永磁同步直线电机的数学模型,设计了速度反馈环和比例积分控制器的位置反馈环。鉴于电机机械轴承存在摩擦,会产生周期性干扰力矩,造成速度波动,文章提出改进型重复控制方法进行抑制。仿真结果表明,当角镜往复扫描时,与PI控制器相比,改进型重复控制器能够根据每个周期的误差值调整控制量,经过3个周期将速度波动降低了73%;当系统存在周期性外界扰动时,速度调整能力提高了40%。所提出的方法能够实现干涉光程差扫描的匀速性,对干扰力矩有较强的自适应能力,为伺服系统跟踪或抑制重复性外激励信号提供借鉴。     

某空间伸杆机构的摩擦补偿及反步自适应控制

面向某新型大伸展(收拢比)、高载荷(自重比)伸缩式空间伸杆机构的实际应用需求,研究其低速伸展过程中摩擦力矩补偿及其反步自适应控制方法。考虑伸杆伸长量等各种因素引起的摩擦力矩变化,将其等效描述为摩擦变化系数的影响,由此得到LuGre改进模型的摩擦表征。在此基础上,设计基于摩擦力矩补偿的反步自适应控制器,以补偿和抑制模型不确定性和摩擦影响。最后通过仿真校验表明,该方法不依赖精确的动力学模型,能够在保证鲁棒性的前提下有效提高系统控制性能。     

带伺服滑环和空气静压轴承的转台主轴干扰力矩的实验研究

带滑环伺服系统且采用空气静压气浮轴承的高精度陀螺漂移伺服转台，其控制精度受到气浮轴承粘滞力矩、涡流力矩、轴系质量配置不当造成的静不平衡力矩和滑环伺服系统对主轴干扰力矩的影响。本文通过理论分析和实验研究认为，当主轴轴系垂直于地面放置时，其主要干扰力矩来自滑环伺服系统。论文在对实验数据进行各项检验和处理的基础上给出了主轴常值和随机干扰力矩的数学表达式，为进一步提高同类伺服转台的伺服精度提供了一条有效的途径。     

考虑未知飞轮摩擦力矩的航天器姿态跟踪鲁棒自适应控制

针对存在未知飞轮摩擦力矩和外干扰力矩情况下的姿态跟踪问题,提出并分析一种鲁棒自适应姿态控制律。姿态控制律采用一种间接处理未知飞轮摩擦力矩和外干扰力矩的方法。该方法并不直接关注未知摩擦力矩和外干扰力矩本身,而是关注其界,并用其进行控制器设计。最后基于Barbalat引理证明所得闭环系统的稳定性,并给出数值仿真结果。仿真结果校验了所提方法的有效性。     

不同重力环境下间隙铰链关节磨损分析

为研究不同重力环境对空间机构间隙铰链关节磨损的影响，将机械系统摩擦学行为和动力学行为相耦合，建立了磨损与动力学耦合分析模型和数值计算框架。首先采用非线性弹簧阻尼模型作为间隙处接触碰撞力的计算模型，同时采用Coulomb 法来计算运动副间隙处的摩擦力，进而建立了含间隙的机构动力学模型；然后通过基于Archard磨损模型二次开发的ANSYS程序来计算磨损，其中运用节点位移的方法来描述磨损过程。结果表明：当间隙关节转速较低时，重力对于关节轴承的磨损分布和磨损程度的影响很大，轴承出现集中磨损现象，磨损间隙急剧增加，严重影响机构的性能和精度；随着关节转速升高，重力对间隙关节磨损的影响逐渐减弱，轴承的磨损分布、磨损程度和关节最大磨损间隙的增长率将逐渐与微重力环境下趋同。     

牙嵌式离合器的运动及失效分析

在空间可展开结构中,为了提高展开的可靠性,通常会对展开的核心部件即驱动源进行备份.当互为备份的两个驱动源有一个出现故障时,需要将其从传动链路中脱离出来,此时需要使用离合器来实现这个功能.牙嵌式离合器因为其体积小、结构简单、传递扭矩大,非常适合在空间可展开机构中使用.文章针对某牙嵌式离合器多次使用后离合力矩下降的问题,对牙嵌式离合器的离合力矩与结构尺寸的理论公式进行推导.分析出当离合器结构参数固定后,齿面摩擦和轴孔摩擦是造成牙嵌式离合器离合力矩变化的主要原因.通过齿面粗糙度、轴孔间隙对离合力矩的敏度分析,并结合零件表面观测结果,得出牙嵌式离合器离合力矩下降的主要原因是离合齿面的磨损,而轴孔磨损对离合力矩的影响并不明显.根据此结论,提高该类型牙嵌离合器齿面的表面粗糙度和硬度,可以提高牙嵌式离合器的保性能使用寿命,提高其在航天机构中使用的可靠性.     

MSCMG框架伺服系统非线性摩擦力矩建模与实验研究

在磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)中,由于陀螺耦合力矩的影响,使得陀螺框架系统的摩擦力矩随着陀螺输出力矩和框架角位置的不同而发生变化,为了实现控制力矩陀螺输出力矩的高精度控制,需要对摩擦力矩进行精确建模。对控制力矩陀螺框架系统进行了动力学研究,分析了摩擦力矩随陀螺输出力矩和框架角位置的变化机理和变化规律,并据此建立了磁悬浮控制力矩陀螺框架系统的非线性摩擦力矩模型和非线性动力学模型。用实验数据对非线性动力学模型参数进行了最优最小二乘辨识,并用所得到的模型进行实际数据分析和仿真研究,仿真结果与实际实验数据非常吻合,验证了所建立模型的正确性和有效性。     

小型柔性接头力矩特性数值与试验研究

为了研究柔性接头在固定燃烧室压强下的各个力矩特性,设计了弹性件材料为硅橡胶的小型柔性接头,测试了一系列9 MPa燃烧室压强条件下接头在正弦激励下的动态特性,获得不同振幅、不同频率正弦激励下柔性接头的摆角力矩曲线,根据接头在0°摆角的力矩获得摩擦力矩,根据摆角力矩曲线的近线性部分获得弹性比力矩,通过最大角度差和力矩差获得总比力矩,在此基础上研究了摆动频率和振幅对各个力矩的影响。结果表明,库仑摩擦力矩随着振幅增大而增大,粘滞摩擦力矩随着摆动速度的增大而增大,弹性比力矩随着振幅的增大先减小后增大,随着摆动频率的增大而增大,总比力矩随着振幅的增大先减小后增大,随着频率的增大而增大。     

柔性喷管力矩特性的识别

本文在试验、测量、计算获得柔性喷管的总力矩—摆角响应曲线的基础上,对其物理特性作了分析,建立了辨识其力矩特性的数学模型。利用三次样条函数的特点,较准确地再现了该数学模型所代表的矛盾方程组,然后又利用多元线性回归分析,最终求得了组成总力矩的弹性力矩,粘滞摩擦力矩、库伦摩擦力矩、惯性力矩和偏位力矩等以及它们的力矩系数。并在计算机上进行了仿真试验,对建立的数学模型和分析方法作了验证。     

基于接触理论的一类带锁定机构的间隙铰链分析模型研究

重点研究一类在我国航天器上得到广泛应用的带有锁定机构的间隙铰链，基于接触理论建立了该类型间隙铰链的分析模型。首先，将铰链零件间的接触力假设为单向的非线性弹簧，并将铰链简化为由非线性弹簧组约束的摆；然后。将展开扭簧假设为线性力矩弹簧，得到包含间隙影响的铰链的力矩-转角关系曲线。通过仿真分析和试验验证，认为铰链的力矩转角关系曲线是分段光滑的。是铰链结构尺寸、零件间隙以及材料特性的函数。呈现出明显的非线性特征。     

小卫星姿控动量轮陶瓷球混合轴承性能分析与试验

小卫星的技术发展对星上姿控系统的主要部件一动量轮的主要技术指标提出了严格的要求。为了满足动量轮对轴承的使用要求，本研究开发了Si3N4陶瓷球混合轴承。基于滚动轴承分析理论和摩擦学知识，对其接触应力、旋滚比、轴向刚度、润滑、额定静载荷等指标进行了优化设计和分析。结果显示：与原全钢轴承比较，优化后混合轴承消除了原全钢轴承存在的控制类型“阶跃”问题，在精度寿命指标上具有明显的优势。摩擦力矩测量结果及分析表明该轴承的功耗指标优于原全钢轴承。力学模拟、温度循环试验后动量轮电机电流升高小于5％，表明该轴承具有良好的抗振动冲击能力和温度适应能力。在动量轮连续二年的运转试验中，电机的功耗始终较小而且稳定，进一步证明陶瓷球混合轴承具有良好的抗粘着磨损能力。     

10自由度全物理对接动力学仿真器

为了研究对接机构在对接过程中受力情况,检验对接机构缓冲能力和捕获能力,研制了10自由度全物理对接动力学仿真器.它能够在地面上比较真实的模拟航天器在太空中对接相互作用力和相对运动.仿真器每个试验台采用3自由度气浮滑台和2自由度转台模拟航天器的姿态,采用质量、惯量模拟件模拟航天器质量、惯量,并且通过调整质量、惯量模拟件参数可使试验台能够模拟不同质量、惯量的航天器,采用内撑式绳索吊装装置平衡对接环重力.主要介绍该仿真器的组成、功能和特点,对二轴转台摩擦进行了试验研究,主动二轴转台最大摩擦力矩7.45N·m,被动二轴转台最大摩擦力矩1.97N·m,最大误差9.3%,确定了质量、惯量模拟件调整参数及调整方法,介绍了内撑式绳索吊装装置特点,其结构紧凑,随动性好,失重误差1%.     

磁悬浮控制力矩陀螺的动框架效应及其角速率前馈控制方法研究

在磁悬浮控制力矩陀螺中,局限于磁悬浮轴承系统的动态响应速度,框架的转动将使转子轴的角位移和轴心跳动量显著增大(动框架效应),甚至碰撞保护轴承,严重影响磁悬浮系统的稳定性。本文建立框架转动时的磁悬浮转子相对运动模型,分析了框架转动对磁悬浮转子的单方向作用,在Simulink仿真的基础上提出一种抑制动框架效应的角速率前馈控制方法。实验结果表明,磁悬浮轴承采用角速率前馈控制后,转子跳动量被抑制到原来的18％,大大提高了控制力矩陀螺磁悬浮系统的稳定性,同时还改善了控制力矩陀螺的力矩输出特性。     

口环间隙对双级高速离心泵性能的影响

为探究口环间隙对离心泵性能的影响,以双级低比转速高速离心泵为研究对象,测量了原型及减小口环间隙改进型的水力性能,对比了两种方案的测试结果,结合试验数据和计算分析了口环间隙对离心泵泄漏损耗及摩擦损耗的影响。结果表明：减小口环间隙能有效提高离心泵的扬程及效率,改进方案的泵效率提升约5%;在设计转速测量工况范围内,随着流量的增大,原型方案的扬程系数逐渐下降,小口环间隙方案的扬程系数变化较小,扬程系数下降使得计算的泄漏损耗占比变化更加显著;尽管减小口环间隙会增加摩擦损耗,但考虑泄漏损耗的影响时,确保运行安全的情况下减小口环间隙是提高泵性能的有效途径。     

一种组合磁钢叠加磁场洛伦兹力磁轴承设计方法

针对现有洛伦兹力磁轴承功耗较高、工作气隙磁场非均匀性问题，提出一种基于组合磁钢叠加磁场的新型洛伦兹力磁轴承设计方法。首先建立了传统洛伦兹力磁轴承电磁力矩模型，揭示了洛伦兹力磁轴承功耗和控制精度与其磁场性能之间的对应关系。在此基础上，引入了磁场强度均值和磁场均匀度的概念，并以此为依据设计出一种轴向整环充磁磁钢与径向分块充磁磁钢组合工作的新型方案。其中轴向充磁磁钢产生主磁场，保证工作气隙周向均匀性，辅助以径向充磁磁钢，使磁场主要聚集在工作气隙处。相比现有洛伦兹力磁轴承，在相同尺寸约束条件下，新型洛伦兹力磁轴承径向磁场均匀度提升了8.7%，磁场强度提升了51.8%，周向磁场连续性显著提高。仿真结果表明,新型洛伦兹力磁轴承可以有效降低功耗、提升控制精度，研究成果可为研制超高精度磁悬浮惯性机构提供一条新的技术途径。