复杂航天器结构火工冲击环境预示方法研究

针对复杂航天器结构在宽频、瞬态火工冲击载荷激励下其响应难以预示的问题，以某型复杂卫星结构为研究对象开展了火工冲击环境预示方法研究。首先，推导了基于加速度频响函数(FRF)的虚拟模态综合法(VMSS)的理论公式。对于复杂卫星结构各子系统动力学特性存在较大差异的特点，建立了有限元-统计能量分析（FE-SEA）混合模型，并进行响应计算，获得了加速度频响包络曲线及模态数曲线，为虚拟模态综合法的响应预示提供输入。然后，对复杂卫星结构推进舱底板和侧板的火工冲击响应进行了计算分析。最后，将计算结果与整星火工分离冲击试验结果对比发现两者基本保持一致。研究结果表明，联合FE-SEA混合建模技术和虚拟模态综合法能够对复杂卫星结构火工冲击环境进行较为精确地预示。     

一种航天器火工冲击源建模和分析方法

为解决航天器火工冲击力学环境预示中无法确定载荷力函数的问题,提出一种基于流体编程软件（Hydrocodes）的“振源系统-近场结构”一体化建模和分析方法,分析由火工品触发的航天器星箭分离机构及其他解锁释放机构的冲击过程,从中提取力函数, 实现对振源与主结构的解耦分析。以包带式星箭分离结构为例,对该方法的可行性进行研究和论证。通过对模型进行爆炸冲击直接加载和力函数的解耦加载这两轮计算结果的对比分析,初步校验了该方法的可行性。通过对模型的耦合性分析和对其简化模型的分析,进一步校验了局部建模的合理性和解耦分析的准确性。该方法是一种能够确定航天器火工冲击源函数的可行方法,为从工程上解决航天器火工冲击的响应预示问题奠定了基础。     

航天器火工冲击环境数据外推技术研究

为了制定可靠的组件冲击试验条件,需要预示航天器火工冲击环境。在分析了航天器火工冲击环境预示的三类方法,包括试验法、数值分析法和数据外推法的基础上,详细总结和分析了数据外推法的国内外研究进展,并通过理论推导提出了新的数据外推公式;以大量火工冲击测量数据为参照,通过对比分析证明该数据外推公式比NASA和ESA的数据外推公式在中高频段上具有更好的预示精度和数据包络性,并且在理论上具有更宽的适用范围。所介绍的火工冲击环境数据外推技术可用于航天器组件冲击环境的快速估算,并为制定冲击试验条件提供参考。     

航天器火工冲击技术研究进展

系统总结了国内外航天器火工冲击环境预示、地面试验和减冲击技术三个方面的研究进展,并分析了国内在以上三个方面与国外航天强国的差距。在此基础上,从我国航天工程实际需求出发,分析指出了今后航天器火工冲击领域应重点开展的研究方向。     

航天器电子产品抗火工冲击环境设计方法

根据航天器火工冲击载荷特点及结构传递和响应特性,梳理了航天器电子产品常见的冲击失效模式以及火工冲击载荷的减缓和隔离措施,通过对电子产品复杂结构进行简化,给出了冲击载荷作用下电子产品冲击响应计算和刚度计算方法。文章提出了电子产品在设计阶段进行抗火工冲击环境的设计方法,试验结果表明:给出的抗火工冲击设计方法正确且流程合理,可以作为同类电子产品抗冲击环境能力评估的参考。     

航天器火工冲击源力函数模拟分析

为对航天器火工冲击响应进行预示分析,使用显式有限元法对冲击源力函数进行模拟。以太阳电池阵解锁为背景,建立合理的有限元模型,分析多种简单脉冲函数及其组合函数在航天器上的冲击响应规律。通过与试验实测数据对比分析,使用简单脉冲函数的叠加,得到符合试验结果的冲击源脉冲函数,使冲击环境预示结果与实测数据一致。文章所提供的冲击源载荷拟合方法无须对复杂的火工品装置建模,可为后续冲击响应分析工作奠定基础。     

航天器火工冲击环境防护技术现状与应用

火工冲击环境是航天器经历的最恶劣的力学环境之一,尤其以航天器与运载火箭分离时最为恶劣。火工冲击环境会影响有冲击敏感元件的设备甚至航天器的正常工作,严重时可导致发射任务失败。因此,有必要研究火工冲击环境的防护措施。文章分析了火工冲击环境特点及载荷组成,阐明了火工冲击载荷来源、作用机制及防护原则,分析了航天器系统级和部件级火工冲击防护措施的现状,在调研国内外航天器火工冲击防护措施最新进展的基础上,提出了我国航天器火工冲击防护技术的研究方向及应用建议。     

航天器中频力学环境预示研究进展

中频声振力学环境严重影响着航天器的可靠性和安全性,具有响应复杂、预示难的特点,因此航天器结构的中频动力学问题是当前研究的难点和热点。文章介绍了三类主要的中频预示方法,即改进的确定性方法、改进的统计能量法和混合法的基本理论和应用现状。结合航天器工程需求,对比和分析了几类中频预示方法的计算效率、应用前景和理论局限。最后,提出采用有限元与统计能量分析(FE-SEA)混合法作为国内航天器中频力学环境预示方法,并指出了FE-SEA混合法的研究方向。     

基于传递特性的航天器在轨冲击环境预示方法研究

实际飞行实验中,经常需要较为精确地确定高频激励作用下航天器某结构部位的冲击响应,统计类预示方法速度快但误差较大;数值类预示方法较为精确,但计算规模大、耗时长,且很难考虑冲击源和结构传递等偏差的影响。文章参考振动传递函数的定义和性质,建立了基于结构传递特性、用已知结构点的冲击环境预示相关结构冲击环境及其分布的方法;利用某火工分离试验冲击测量结果,验证了该方法可快速、准确预示指定部位的冲击环境。     

航天器火工分离螺母的火工冲击环境数值仿真研究

为了研究航天器分离时火工分离螺母产生的火工冲击环境特性,了解火工冲击载荷的机制和特点,直观观测应力波在结构材料中的传播过程,使用LS-DYNA非线性有限元程序模拟了火工分离螺母的动态分离过程,给出了典型响应及输出载荷,并通过火工分离螺母-结构一体化仿真得到了星箭界面载荷,为航天器火工冲击环境防护设计提供更加真实的输入条件。     

统计能量分析法在爆炸分离冲击响应预示中的应用

针对复杂结构的爆炸分离冲击问题,文章采用统计能量分析方法对其响应进行了计算分析。首先对切割索产生的连续载荷进行了离散处理,然后基于统计能量分析并结合虚拟模态综合法,对航天器分离过程中的冲击响应进行了预示。得到的结果符合爆炸分离冲击环境下结构响应特征及其传递规律,对航天器抗冲击设计与评估具有一定的参考价值。     

航天器爆炸冲击环境及其模拟试验技术

介绍了航天器爆炸冲击环境的特点、环境预示方法、以及爆炸冲击试验模拟技术的发展现状。     

预报动力学环境的好帮手

本文章旨在介绍一个航天器工程设计工具———“VISPERS”。它对提升我国航天器设计水平有一定价值。与其他软件相比,该软件与其他软件相比有许多特色。首先,它可以在航天器初步设计阶段进行声振,、振动,、冲击分析,并直接输出部件级或系统级试验规范曲线。第二,使用方便,、快捷,、直观。,例如:可以一键预报动力学环境结果,也就是当用户点击航天器/运载火箭某个位置,这个位置的动务学载荷、试验规范就马上显示。比如,它可以一键预报动力学环境结果。也就是用户点击到航天器/运载火箭某个位置,这个位置的动力学载荷,试验规范就马上显示。第三,它可以提供其他动力学环境分析（如:火工品冲击,疲劳寿命分析）（比如:火工品冲击,疲劳寿命分析）。第四,各类数据库和专家系统干预或参加运算,把不确定性降到最小,使预报结果可信。因为声振,振动,冲击环境预报工作由航天器结构复杂和可靠性要求高而带来的不确定性很多,该软件针对这一难题,通过各类数据库和专家系统干预或参加运算,把不确定性降到最小。第五,引入由知识内涵编制的专家系统。这是该软件最大的特点。本文将对以上这些特色一一介绍。最后,提供一个火工品冲击损伤可能性的例子,说明该专家系统的工作应用价值。     

航天器力学环境分析与条件设计研究进展

航天器力学环境条件是航天器及其部组件设计和地面试验验证的主要依据,直接影响着航天器的总体设计水平。随着我国航天事业的飞速发展,对航天器及其有效载荷的设计提出了越来越高的要求,而力学环境分析与条件设计技术已经成为制约我国航天器荷载比提高的瓶颈技术。本文重点针对航天器力学环境分析与条件设计技术所涉及的航天器力学环境预示理论方法,高精度有限元建模与模型修正技术以及航天器力学环境条件设计技术三个方面国内外研究进展进行了回顾,特别是对近五年来我国航天工业部门在航天器力学环境分析与条件设计领域取得的成就进行了综合评述。在此基础上,结合我国航天工程的实际需求,分析指出了今后在航天器力学环境分析与条件设计领域的主要研究方向。     

载人航天器大气环境控制系统性能集成分析

考虑到载人航天器大气环境控制系统设计参数和控制参数众多,文章建立了一种载人航天器大气环境控制系统性能集成仿真分析模型,包括舱体模块、航天员模块、舱压控制模块、温湿度控制模块和二氧化碳净化模块。利用该模型对载人航天器常规工作模式下大气环境控制系统性能进行了计算分析,得到了在不同热负荷水平下载人航天器密封舱空气各个参数随在轨时间的变化趋势,结果表明:氧分压控制、二氧化碳净化和人区温湿度控制之间存在着密切的相互影响关系,不可孤立地进行分析。此外,文章还分析确定了非常规工作模式下热负荷水平允许上限,为载人航天器工作模式的确定提供了依据。研究结果有助于载人航天器大气环境控制系统的设计和流程改进。