航天用大力矩高精度超声波电机研究

超声波电机与传统电磁型电机不同 ,它是一种靠摩擦驱动的新原理电机 ,具有低速大力矩、响应快和功率质量比大等特点 ,能直接驱动 ,适合航天领域的应用。先简单介绍超声波电机的特点及其在航天领域的应用情况 ,随后介绍了所研制的一种低速大力矩超声波电机的结构、摩擦材料、特性和步进定位控制策略 ,其结构型式为纵扭复合型 ,样机直径为 80 mm ,堵转力矩达到了 13Nm,转速 12 .5 r/min,重复定位精度优于 0 .0 2 0°,纵扭振动的一阶谐振频率较接近 ,电机的工作频域较宽 ,近 7k Hz,起动时间在 5 m s左右 ,关断时间在 2 m s以内。     

一种涡卷弹簧分离螺母装置设计及仿真分析

航天器的连接与分离技术是航天运输系统中的关键技术，连接分离装置作为该技术领域的关键装置，一直是航天领域的重要研究内容。针对航天器连接与分离的要求，提出一种涡卷弹簧非火工分离螺母装置，并对装置进行结构设计。涡卷弹簧是装置的关键部分，直接影响涡卷弹簧分离螺母装置的承载和工作特性。对涡卷弹簧的张力和扭矩特性进行分析，并通过仿真分析研究涡卷弹簧分离螺母装置的工作特性。     

真空环境下行波型超声波电机的特性

真空环境下由于缺少空气介质,靠摩擦驱动的超声波电机的特性会与常态 下发生较大的变化。采用行波型超声波电机常用的三种摩擦材料（环氧树脂、聚四氟乙 烯烧结和生聚四氟乙烯填充为基的摩擦材料）对比分析了常态和真空环境下的超声波电机的 机械特性。发现除环氧胶外,其他摩擦材料制成的电机真空下的堵转力矩都有所增大,而空 载转速全部降低。为了分析变化产生的原因,实验比较了真空环境下三种摩擦材料在常规、 驻波和行波状态下的动摩擦系数,实验表明除环氧胶外其它摩擦材料的摩擦系数比常态下都 略有增大,且相应电机的堵转力矩也都增大。其次实验研究了行波型超声波电机的瞬态特性 ,当真空度增加到10 -2 Pa后,电机的起动时间和起动电压都有明显的增加,即电 机起动和运行的阻力逐步增大,导致电机空载转速的降低。最后测试了声悬浮力大小,其数 值不超过预紧力的1％,不是真空环境下特性变化的主因。导致电机真空环境下堵转力 矩和空载转速发生变化的主要原因在于摩擦材料动态摩擦系数和起动与运行阻力的变化。     

金属基复合材料的理化行为和工程性

就金属基复合材料的理化特性和工程技术应用进行简要叙述，列举了近些年国内外该领域的科研动态，并对金属基复合材料的应用前景，尤其是在航天工程中的推广和发展提出了看法。     

二自由度行波型超声波电机的研制

二自由度行波型超声波电机是一种新型多自由度超声波电机,其电机结构较复杂和实现相对困难,但其又具有独特的优点。从二自由度行波型超声波电机的驱动机理和基本结构出发,阐述此类电机所需要解决的一些基本问题,并就电机的结构实现、驱动球转子的最佳定子结构以及调谐问题进行了分析和介绍,具体提出了对心对中调节机构、外缘大倾角内缘线接触的行波定子、以及微调定子外缘倾角的调谐方法。研制样机的球转子直径为45mm,定子直径为30mm,实现的堵转力矩为119mNm,空转转速12r/min,且各方向运转平稳,输出性能比较一致,为多自由度行波型超声波电机的优化设计、性能提高和控制等奠定了一定基础。
     

固体干膜润滑剂技术及其应用

参考因特网上的信息资源,从突破常规油脂润滑剂局限性的角度,介绍了固体干膜润滑剂的基本特性、技术进展以及在航天军工、机电化工等领域的应用;并重点阐述了粘结型固体干膜润滑剂的基本组成和满足航天特殊工况、常温固化、耐高温、控制VOC用量等方面的技术进展。     

2010年后国外主要航天装备的辐射特性

介绍了2010年后的美国主要军事航天装备的主要发展状况，重点介绍了2010年后的美国军事航天装备工作过程中的空间辐射特性，以及主要采用的反空间信息对抗措施，为未来的空间系统的发展选择提供了参考。     

空间用二自由度球形行波型超声波电机

介绍了一种超声振动驱动的二自由度行波型超声波球电机的结构和机理,给出了其研制过程中若干关键问题的解决方案,阐述了实现其运动位姿控制采用的结构及控制方式,最后探讨了此类电机在空间机构的若干应用及所需解决的一些问题。研制样机的球转子直径为45mm,定子直径为30mm,实现的堵转力矩为120 mNm,空转转速12 r／min,且各方向运转平稳,输出性能比较一致。该电机可用于各类空间机构。
     

对地观测卫星与载人航天数据存储技术

纵览对地观测卫星与载人航天领域数据存储技术的发展历程,从系统应用的角度,评述空间磁记录器的特性,简介各种典型空间记录器的主要性能参数,以及磁光盘、固态存储技术在空间的应用,展望了国外未来载人航天任务的数据存储要求与空间数据存储技术的发展前景。     

空间目标的ISAR成像与识别

空间探测雷达在人类航天活动中具有重要作用 ,宽频带信号体制的应用使空间目标的逆合成孔径雷达 (ISAR)成像与识别成为可能。结合空间目标的动力学和电磁特性 ,探讨了空间目标的ISAR成像与识别技术 ,并展望了该领域的技术发展趋势。     

采用超声波电机的空间飞网自适应收口机构设计

介绍了一种采用超声波电机作为驱动源的空间飞网自适应收口机构（质量块）的设计及实现方法。通过分析捕获过程中质量块运动情况,研究超声波电机电流与负载的关系,确定以加速度信号和电流信号作为电机启动和停止的触发信号,在此基础上设计并实现了质量块的驱动控制系统。通过在电机输出轴与卷筒间加入差动轮系构成双卷筒机构,力学分析证实了该机构在负载不均衡情况下的自适应性。分析证明该机构使飞网的捕获操作对捕获平台的精度要求降低,有容错能力。同时使收口机构在部分质量块故障时也能完成捕获任务。     

不同重力环境下空间机构电机驱动力差异

为了分析空间机构在不同重力环境中的驱动力差异，以单关节机械臂为研究对象，进行不同重力环境下直流电机驱动力差异分析。首先基于拉格朗日方程推导出单关节机械臂的动力学模型，为分析不同重力环境下，负载、摩擦和转速的变化对电机驱动力的影响，通过设计一套基于单关节驱动的机械臂试验装置，进行地面重力环境、地面模拟微重力环境和落塔微重力环境试验。然后基于试验数据详细分析了不同重力环境下空间机构电机驱动电流的差异，并基于试验数据对电机动力学方程中的摩擦参数进行辨识，从而获得基于试验数据修正的机械臂动力学仿真模型，为空间机构动力学设计与应用提供理论与试验依据。     

地外天体超声波钻探器研究与应用综述

分别探讨了国内外各科研机构研制的超声波钻探器的原理及性能特点,重点针对超声波钻探器的钻进过程优化问题,分析了现有的超声波钻探器作动方式的改进过程,结果表明：超声波钻探器在理论及试验研究方面都相对成熟,是未来地外天体采样任务中优势突出、可工程实现的钻探平台;并且轻质、结构紧凑的回转冲击式超声波钻探器更具有应用前景。对压电换能器模型和超声波钻探器集成模型分别进行了综述,指出了各种模型的优缺点及适用条件。对超声波钻探器驱动电源进行了综述,给出了设计驱动电源需重点关注的问题。依据星体探测的任务特点,对超声波钻探器在未来星体探测中的预研成果进行了探讨。最后对超声波钻探器研究和应用的发展趋势进行了展望。     

多层隔热材料传热特性研究现状及展望

研究多层隔热材料的传热特性是进行航天器热控设计的基础。文章首先介绍了多层隔热材料的分类和应用情况,及其传热方式和隔热性能表征方法;然后评述了多层隔热材料传热特性和空间环境适应性的研究状况,总结了相关研究方法、热分析模型与研究得出的基本认识;最后,提出了多层隔热材料热特性的进一步研究方向。     

仿真转台用新型连续回转液压伺服马达摩擦特性研究

介绍了一种仿真转台用新型叶片式无脉动连续回转液压伺服马达的工作原理，详细分析了拉各瑞(Lugre)摩擦力模型，给出了摩擦力模型的参数辨识方法及在系统中的补偿措施，通过实验研究，得到本新型连续回转马达的摩擦力矩模型，并通过实验对马达的低速及阶跃响应进行了研究。验证了采用摩擦力补偿措施有效地克服了系统的低速爬行及极限环震荡现象，且使马达的性能完全符合仿真转台的需要。     

Dynamics analysis of space robot manipulator with joint clearance

A computational methodology for analysis of space robot manipulator systems, considering the effects of the clearances in the joint, is presented. The contact dynamics model in joint clearance is established using the nonlinear equivalent spring-damp model and the friction effect is considered using the Coulomb friction model. The space robot system dynamic equation of manipulator with clearance is established. Then the dynamics simulation is presented and the dynamics characteristics of robot manipulator with clearance are analyzed. This work provides a practical method to analyze the dynamics characteristics of space robot manipulator with joint clearance and improves the engineering application. The computational methodology can predict the effects of clearance on space robot manipulator preferably, which is the basis of space robot manipulator design, precision analysis and ground test.     

一种基于空间相机热特性的高精度控温方法

为提高空间相机的控温精度以保证成像品质,文章提出了一种基于空间相机热特性的高精度控温方法。该方法从相机控温回路所控区域的能量平衡方程出发,根据控温区域自身的热特性参数,综合考虑其它控温区域对其传热影响以及外热流变化等因素,最终确定本控温周期内的主动控温功耗或加热占空比。通过建立某相机热模型,分别施加上述控温方法与开关比例控制算法,对控温效果进行了仿真对比。结果表明,该方法的控温精度显著优于常用的开关比例控制。     

Pathophysiology of motor functions in prolonged manned space flights.

The influence of weightlessness on different parts of the motor system have been studied in crew members of 140 and 175 days space flights. It has been shown that weightlessness affects all parts of the motor system including (i) the leg and trunk muscles, in which severe atonia, a decrease of strength and an increase of electromyographic cost of contraction have been observed, (ii) the proprioceptive elements and the spinal reflex mechanisms in which decreased thresholds accompanied by decreases of maximal amplitude of reflexes and disturbances in cross reflex mechanisms have been found. and (iii) the central mechanisms that control characteristics of postural and locomotor activities. The intensities and durations of disturbances of different parts of the motor system did not correlate to each other, but did correlate with prophylactic activity during space flight. The data suggest a different nature of disturbances caused by weightlessness in different parts of the motor system.     

ELITE-S2: the multifactorial movement analysis facility for the International Space Station

Experimental observations of adaptation processes of the motor control system to altered gravity conditions can provide useful elements to the investigations on the mechanisms underlying motor control of human subject. The microgravity environment obtained on orbital flights represents a unique experimental condition for the monitoring of motor adaptation. The research in motor control exploits the changes caused by microgravity on the overall sensorimotor process, due to the impairment of the sensory systems whose function depends upon the presence of the gravity vector. Motor control in microgravity has been investigated during parabolic flights and short-term space missions, in particular for analysis of movement-posture co-ordination when equilibrium is no longer a constraint. Analysis of long-term adaptation would also be very interesting, calling for long-term body motion observations during the process of complete motor adaptation to the weightlessness environment. ELITE-S2 is an innovative facility for quantitative human movement analysis in weightless conditions onboard the International Space Station (ISS). ELITE-S2 is being developed by the Italian Space Agency, ASI is to be delivering the flight models to NASA to be included in an expressed rack in US Lab Module in February 2004. First mission is currently planned for summer 2004 (increment 10 ULF 2 ISS).