空间站可充气展开舱外载荷原理样机结构设计与分析

为了给航天员在轨科学实验提供更大的操作空间,并为未来空间站可充气展开舱段及充气式月球基地的建设进行相关技术验证,基于充气式运输居住舱设计理念,设计了一种由多层复合材料构成的柔性外壳及中央芯柱结构组成的空间站可充气展开舱外载荷原理样机。为了给结构限制层在压差作用下的囊体应力估算提供参考,分别推导了结构限制层囊体在压差作用下的环向应力和轴向应力,利用Von Mises应力描述囊体二向应力状态,并将结果与基于ABAQUS的有限元分析结果进行对比,验证了理论分析方法的有效性。最后样机试制及充气展开试验验证了包括舱门机构、地板展开机构和柔性外壳在内的舱外载荷原理样机结构设计方案的可行性。     

柔性可展开月球居住舱发展现状

柔性可展开构型月球居住舱具有质量轻、内部空间大、对发射载具要求低等优点,是未来月球基地建设的优势方案之一。在综述了国内外柔性构型月球居住舱典型设计方案后,梳理了柔性月球居住舱的发展现状,分析对比了不同构型、不同形态柔性月球居住舱的优缺点。在此基础上,结合未来月球探测需求,论证了柔性月球居住舱的关键设计指标与评价体系。梳理了柔性构型月球居住舱发展的关键技术,包括系统总体设计、可控刚化、蒙皮材料选择与结构设计、折展方案设计与过程控制等,并介绍了可能的技术途径,可为中国未来月球居住舱设计与月球基地建设提供参考。     

月面居住舱可折叠轮式移动机构方案设想

为实现月球居住舱的移动并能够充分利用空间,根据月球表面的作业环境分析了居住舱的任务,提出了一种能够提高探测能力的月面居住舱移动机构设计方案,介绍了该移动机构在月球折叠着陆、展开移动、锁定停放及折叠起飞返回4种工作模式,总结了月面机构设计、着陆缓冲、驱动控制、能源动力以及自主维护等方面的关键技术与难题。     

屏间充气展开式多屏防护结构及其防护性能分析

为提高航天器空间碎片防护结构的防护性能,减小其发射体积,提出了一种可折叠发射的屏间充气展开式多屏防护结构,通过充气展开支撑管在轨充气展开,成型为多屏大间距防护结构.分析了展开式多屏防护结构的空间碎片防护性能,得到了屏间距对多屏结构防护性能的影响规律.结果表明:在相同面密度下,展开式多屏防护结构的防护性能显著优于单屏防护...     

充气式减速技术试验器的设计和飞行试验

为验证充气再入与式减速技术的原理和返回工作程序,研制了基于多充气环结构的飞行试验器,介绍了试验器的设计方案、技术指标、飞行试验方案,并对试验器的核心装置——充气锥的设计进行了说明。开展飞行试验对部分关键技术进行验证,并对地面试验和演示验证飞行试验情况进行了总结。飞行试验结果表明,基于多充气环结构的充气式减速系统方案合理,折叠包装效率较高,与运载平台分离后快速充气展开,返回过程满足气动减速要求,着陆速度达到预期要求;柔性气动减速技术、刚柔耦合结构设计技术、多充气环结构加工制造技术、高效折叠包装及有序展开技术、快速充气技术、地面试验技术等关键技术得到了验证。     

锯齿单元对起落架/舱体耦合噪声抑制试验

当前中国民用飞机高速发展，噪声排放问题受到广泛关注。在飞机起降阶段，飞行高度较低且处于机场附近，其噪声直接影响到机场地面周围环境。该阶段内起落架噪声占比较大，成为研究的重点。此外，起落架在收放过程中，除自身脱落涡产生的噪声外，当起落架舱门开启时，舱体空腔内产生自持性振荡噪声，与起落架噪声一起形成更为复杂的起落架+舱体耦合噪声，直接影响到整个着陆系统噪声水平，因此研究起落架与舱体耦合噪声产生机理和抑制措施显得尤为必要。以简化的起落架及其舱体为研究对象，提出一种低马赫数（0.2Ma/0.25Ma）条件下，利用前缘锯齿扰流单元对起落架/舱体耦合噪声进行抑制的方法，并在0.55 m×0.4 m航空声学风洞进行试验验证。首先，从起落架及其舱体耦合噪声产生原因进行分析，分别明确起落架和舱体在耦合噪声各个频段的贡献作用。随后，在舱体空腔前缘安装锯齿扰流单元，以改变自由来流状态，验证降噪措施；同时采用参数化研究方法，研究锯齿扰流单元不同偏角对降噪效果的影响。最后，将起落架模型安装于舱体空腔内，分析锯齿扰流单元对耦合噪声的抑制能力。研究结果表明，锯齿形扰流单元对舱体腔体噪声与起落架/舱体耦合噪声具有明显降低作用，在本试验条件下，30°安装角最佳。预期成果可以应用于起落架/舱体耦合降噪。     

斜掠气梁充气翼湿模态分析与试验

参考气动弹性剪裁思想，通过将充气翼内部气梁沿展向偏转一定角度设计一种新型斜掠气梁充气翼。针对充气翼结构动力学特性研究需要对考虑周围空气影响的湿模态进行分析，在考虑空气附加质量影响和流场对于系统刚度贡献的前提下，发展了一种针对柔性充气结构湿模态快速建模分析的附加质量-刚度法。在柔性充气管算例验证了所提方法有效性的基础上，完成了对传统直梁充气翼和斜掠气梁充气翼湿模态的仿真研究，并与地面振动试验（GVT）结果进行对比分析。结果表明，3种充气翼湿模态仿真结果与试验结果均吻合较好，充气翼结构固有频率随充气内压上升而增加，同时相比于传统直梁充气翼，斜掠气梁充气翼第1阶与第2阶模态具有更低的固有频率之比，且弦向模态能够显著消除，对改善充气翼飞行器的气弹性能具有重要意义。     

空投舱体着陆冲击仿真与分析

针对空投物资方式中物资的安全着陆问题,采用舱体结构对空投救生装备进行缓冲保护.本文在对舱体空投问题进行了力学分析的基础上,采用显式非线性动力学分析有限元软件ANSYS/LS-DYNA对空投舱体着陆冲击进行模拟计算,根据仿真计算所得的舱体在冲击过程中的动态响应,来确定舱体结构设计方案的可行性,体现了设计的先进性.     

基于降维算法和等效杆长的可展结构精度分析

考虑铰链间隙和杆件尺寸误差的不确定性并通过概率统计方法对其进行研究,提出了一种基于单变量降维算法(UDRM)和等效杆长模型的可展结构精度分析方法。利用UDRM将可展结构的精度性能函数解耦为多个杆件尺寸误差的独立作用形式,建立精度分析模型。引入等效杆长模型,等效杆件替代原杆件进行精度计算。将铰链间隙与原始杆件尺寸误差合并到等效杆件的尺寸误差中,同时证明了等效杆长尺寸误差近似服从正态分布。以某卫星可展开天线为算例,结合高斯求积公式求解展开状态下精度指标的分布期望和方差。通过与蒙特卡罗模拟(MCS)和一次二阶矩(FOSM)法计算结果的对比验证了本文精度分析方法的正确性和高效性。     

大型可展开天线太空结构频率预测

由于空间大型可展开天线口径较大,在地面模拟太空环境难度高,使得直接在天线原型上进行性能测试非常困难或不可能。为了解决该问题,提出了一种“两步法”,利用空间大型可展开天线的缩比模型进行地面性能测试,以预测天线原型在太空中的工作性能。据此对周边桁架可展开天线太空工作的结构固有频率进行性能预测研究,首先推导了结构固有频率的相似准则,然后考虑结构参数畸变的影响,得出其相似性经验公式,最后研究了温度变化对结构频率的影响,得出了预测大型天线太空工作性能的经验公式。仿真结果验证了该方法的有效性,该方法可应用于其他空间结构的设计和性能预测。     

用紫外光固化复合材料制备充气展开器件的研究

系统研究了8种热固化剂的固化工艺条件对环氧树脂／玻璃布预浸料经预热固化、紫外光固化的影响。研究结果表明，采用70酸酐为预热固化剂、碘鎓婧盐为光引发剂，用玻璃布／环氧树脂预浸料制成的空间充气展开器件，经预热固化后，具有较好的柔顺性，表面不发粘，有较长的贮存期，能堆叠成很小体积，在充气展开后经紫外光固化照射能迅速光固化，光固化后的复合材料具有较好的力学性能和尺寸稳定性，能满足空间充气展开技术的要求，从而为紫外固化复合材料在空间充气展开技术中的应用找到了一条新的途径。     

A novel inflatable rings supported design and buoyancy-weight balance deformation analysis of stratosphere airships

Owing to the unique advantages in flight altitude, dwelling time and wide coverage area,stratospheric airships provide permanent monitoring and surveillance for both civil and military applications. Here we propose a semi-rigid stratosphere airship design with circumferential highpressure inflatable rings and a longitudinal carbon fiber skeleton supported inside. We perform numerical simulations to analyze the deformation characteristics during the whole ascending and descending process. An equi...     

Fine Resolution Epithermal Neutron Detector (FREND) Onboard the ExoMars Trace Gas Orbiter

ExoMars is a two-launch mission undertaken by Roscosmos and European Space Agency. Trace Gas Orbiter, a satellite part of the 2016 launch carries the Fine Resolution Neutron Detector instrument as part of its payload. The instrument aims at mapping hydrogen content in the upper meter of Martian soil with spatial resolution between 60 and 200 km diameter spot. This resolution is achieved by a collimation module that limits the field of view of the instruments detectors. A dosimetry module that surveys the radiation environment in cruise to Mars and on orbit around it is another part of the instrument.This paper describes the mission and the instrument, its measurement principles and technical characteristics. We perform an initial assessment of our sensitivity and time required to achieve the mission goal. The Martian atmosphere is a parameter that needs to be considered in data analysis of a collimated neutron instrument. This factor is described in a section of this paper. Finally, the first data accumulated during cruise to Mars is presented.     

The infrared space observatory

The Infrared Space Observatory (ISO), a programme of the European Space Agency, is an astronomical satellite operating at wavelength from 2.5 to 200 m. It will be launched in 1995.The ISO optical subsystem is a cryogenically cooled telescope with its baffling system (main baffle and sunshade). The telescope, a 60 cm Ritchey-Chrétien type, focuses the beam to the four scientific instruments located in its focal plane. The extremely low temperature, 1.8 K, is provided by the payload module (PLM) cryostat, filled with superfluid He.This paper presents the main choices done for the telescope design together with their rationale and the performances achieved on the flight model (FM) of the telescope. The FM telescope is presently installed inside the payload module, ready for the system final verifications.     

矩形薄膜和充气管的屈曲及后屈曲行为分析

 对矩形薄膜及充气管的屈曲及后屈曲过程进行了分析。首先基于矩形薄膜褶皱区域的应力平衡关系,得到了矩形剪切薄膜褶皱的波长及幅度的表达式,并考虑了微小的初始张力的作用。基于稳定性理论建立了薄膜褶皱的数值分析方法,通过实验的方法对分析结果进行了验证。分析表明矩形剪切薄膜的屈曲过程是分枝点平衡问题。对于充气管的分析是基于张力场理论建立了其扭转临界扭矩的表达式,并与数值分析的结果进行了对比分析,分析表明充气管的屈曲过程是极值点平衡问题。通过对比分析,两种结构形式的分析结果与数值分析的结果基本符合。建立的分析方法能够有效地进行薄膜结构的屈曲及后屈曲过程的分析。     

充气式月球基地防护结构技术综述

综述了充气式月球基地防护结构技术,包括总体设计要求和关键设计要点、柔性热防护结构的服役环境、功能需求、设计方法、材料选用等。并从结构冲击定位和强度分析、破坏响应分析、系统组成分析和自修复材料等方面,指出了对结构进行健康监测的必要性。介绍了现有的地面测试技术,包括热防护材料性能测试、展开动力学性能测试和太空环境模拟技术等,最后对防护结构技术的发展方向进行了展望。     

Space Station power requirements and issues

This paper provides an overview of the Space Station configuration and summarizes the requirements, architecture, and significant challenges associated with the electrical power system (EPS). The Space Station configuration was baselined during the systems design review (SDR) process in March, 1994. The current configuration includes the addition of Russia as an international partner, resulting in major changes to the assembly sequence, pressurized module complement, and overall power architecture. The Russian contributions to the power system architecture, as well as an-overview and development status of the US provided elements is presented. Finally, a planned flight demonstration of solar dynamic power system on the Mir as part of the first phase of US/Russian cooperation in human space flight is described     

基于模块的飞机产品结构管理研究

飞机研发是一项大型的系统性工程,传统的飞机产品结构由于零组件数据集包含有二维图纸、三维模型、临时更改单等大量文档且更改较频繁,同时制造、维修等部门在工程数据重构中存在工作量大和转换易脱节等特点,导致产品数据管理异常复杂和困难,效率也较低。为了简化飞机产品结构管理方式,在借鉴国际主流飞机制造商经验的基础上,通过结合模块化理论和全三维设计手段。以某一型号的民用飞机为例,重点从产品结构的组织模式、数据集的构成、产品数据的更改规则对该管理方案进行了阐述。从而保证了构型数据管理的便捷性和准确性,也符合未来飞机产品研发全数字化的发展方向。     

Optimization of the tether-assisted return mission of a guided re-entry capsule

This paper presents the mission analysis of a tether-assisted payload retrieval from the International Space Station (ISS). The objective is to assess all relevant phases of such a mission in order to allow a comparison with a conventional mission employing a propulsive deorbitation. The controlled tether deployment procedure and the guided return flight of the released re-entry capsule are optimized. A preferable deployment strategy is identified that allows for favorable entry conditions and low flight loads. The optimal deployment trajectories serve as a basis for an optimal dynamic regulator. This approach is extended towards an adaptive concept, where artificial neural networks are applied to deployment control. For the guidance of the capsule a predictive concept is proposed that is based on the optimal re-entry trajectories identified previously. By applying these concepts, the attainable landing accuracy during return amounts to an average of 5 km, and the application of the tether system exhibits overall system mass advantages. This demonstrates that the tether-assisted return mission is a competitive alternative.     

Clipper“快船”概念气动特性初探

设计新型高效低廉的运输工具,把有效载荷送入近地轨道是人们不断追求的目标.已成功实现载人天地往返的运输工具包括研制周期长、造价昂贵的可重复使用航天飞机和结构简单、一次性使用的载人飞船两类.为进一步降低发射成本,设计介于航天飞船和航天飞机之间的新型飞行器,集飞船和航天飞机特点于一体的升力再入飞船返回舱也许更为切实可行.俄罗斯联邦空问局提出的可多次使用"快船"概念值得关注,其升阻比高、机动性强、稳定性好、过载低、空间大、成本低,而且可以部分重复使用,代表了未来低成本天地往返运输系统的重要发展方向.