用于航天器微振动分析的扰源解耦加载方法

微振动源与航天器主结构之间存在耦合作用,其建模与加载方法直接影响系统级微振动分析结果。文章通过理论推导和证明,提出了一种新的微振动源精确解耦加载方法,使扰源的加载处理不受微振动源与航天器主结构耦合作用的影响,实现了扰动外载荷与航天器结构的解耦,所获取的微振动响应与系统级耦合分析结果完全相同。理论研究和数值算例表明:此方法避免了微振动源与航天器主结构的耦合分析,结果准确可靠,适用于动量轮、控制力矩陀螺等常见的扰源加载,且易于工程实施。     

某型号卫星微振动试验研究及验证

某型号卫星地面像元分辨率优于1 m,对成像质量要求很高。微振动成为制约该型号成像质量提升的关键因素之一。在完成微振动对成像质量影响的仿真分析后,对仿真分析的有效性和正确性进行了试验验证。该卫星微振动试验按照单机、分系统、系统和大系统4个层次展开:单机级试验主要通过六分量力测量微振动源的动态特性;分系统级试验主要通过结构加速度响应测量解决微振动传递特性是否正确的问题;系统级试验主要通过成像质量来验证微振动对光学系统影响的分析方法;大系统级试验主要通过在轨图像分析验证相关结论。上述试验对微振动从产生、传递到影响的各个环节进行了测试和验证。最终试验结果表明微振动相关工作达到预期目的,图像质量得到保证。     

充液容器流固耦合模态仿真分析研究

主要介绍目前容器类流固耦合模态分析最常用的两种计算方法:声固耦合法及虚拟质量法。从理论上分别对这两种方法进行分析,并指出它们之间的联系与区别:虚拟质量法采用了声固耦合法在不可压缩流体情况下的形式,并有所改进,即流体的作用完全由虚拟质量阵来体现,而流体的虚拟质量阵则通过具有解析解性质的边界元法获得。最后,通过开口方槽干状态、湿状态的无阻尼模态仿真分析研究,揭示出流体对结构模态特性影响的变化规律,同时指出了两种方法(虚拟质量法、声固耦合法)对结构湿模态计算结果有规律性的差异:随着振动频率的升高,不仅容器内流体对结构模态特性的影响在减小,分析湿模态的两种方法所得到的计算结果之间的差别也在逐渐减小。     

中国新一代载人飞船返回舱热控设计优化研究

文章针对新一代载人飞船返回舱再入过程气动热环境和返回舱传热特性,建立了气动热环境下返回舱动态耦合传热集总参数模型,能够描述返回舱防热层内侧蜂窝板、舱体、设备和舱内空气间的导热、对流及辐射动态耦合换热过程。文章应用该模型对典型新一代载人飞船返回舱气动热环境下的传热特性进行了分析,提出了防热烧蚀层内侧铝蜂窝板表面包覆多层隔热材料、增强舱外设备与返回舱壁热耦合、降低设备表面红外发射率等返回舱热控优化设计措施。热控优化措施应用于中国新一代载人飞船试验船,并通过首次在轨飞行验证,在近第二宇宙速度返回气动热环境下,返回舱结构、空气、设备等各项温度指标均满足指标要求,验证了返回舱热控设计的合理性。研究结果可为返回式航天器热控系统设计提供参考。     

航天器贮箱液固耦合振动特性的仿真与试验研究

首先介绍了解决液固耦合问题的两类数值理论和相应的仿真方法,在ANSYS和NASTRAN有限元分析软件平台上分别采用液体单元法和虚拟质量法建立起圆柱形充液容器的液固耦合模型,模态分析算例取得了与模态试验一致的结果,校验了两种仿真方法的有效性,并对比分析了它们的特点;最后采用虚拟质量法对“嫦娥三号”探测器贮箱进行了频率响应分析,并将分析结果与贮箱正弦振动试验结果进行了比对,分析预示有效地指导了工程试验。     

压力管道流固耦合振动特性分析

压力管道系统中存在流体和结构之间的耦合振动。因此,在研究压力管道的动态特性时,应考虑管内流体对管道结构动态特性的影响。本文以某动力系统空间管路为研究对象,采用Galerkin法对导管-流体组成的耦合系统进行有限元离散,建立耦合系统控制方程。在此基础上,用考虑初应力刚度的有限元法,对导管充压前、后的振动特性进行了数值计算,详细分析了流固耦合作用对导管结构振动特性的影响,并与试验结果进行了比较分析。结果表明,流固耦合作用对导管模态振型的影响很小,但对导管各阶固有频率有不同程度的影响。     

控制力矩陀螺柔性安装界面扰动力分析方法

以控制力矩陀螺(Control Moment Gyroscope,CMG)-柔性基础结构耦合系统为研究对象,提出了使用CMG解析动态加速性和柔性基础结构解析加速性对固定界面扰动力进行修正,以获取柔性界面扰动力的分析方法,并将分析结果与Simulink动力学建模与仿真的结果进行了对比与分析。分析与仿真结果吻合较好,可以为扰源-航天器耦合微振动特性分析提供参考。     

液体火箭发动机泵的POGO气蚀动特性试验研究

为获取液体火箭发动机泵的POGO动特性参数,围绕泵的气蚀动特性开展了一系列试验研究。首先描述了试验系统,阐述了试验原理;其次,以泵入口0.5 MPa工况为例,介绍了试验数据的分析过程;最后,结合试验数据给出了气蚀柔度、动态增益等动特性参数的试验结果。结果表明,在泵入口压力0.25～0.86 MPa范围内,无量纲气蚀柔度约为0.6～2,动态增益主要集中在2～5,最高达到13。     

宇航用微矩形电连接器评估方法

为验证宇航用微矩形电连接器研制的成熟度和在宇航工程中应用的适用度,提出了一种应用验证的新方法。其核心在于以微矩形电连接器鉴定试验为基础,结合宇航应用的实际背景及其自身特性制定评估试验方案,对其耐受力裕度、实际性能指标进行评价。该方法成功应用于宇航用微矩形电连接器的评估,得出了在不同应用条件下其电性能参数的变化趋势以及与进口样品间电参数比对结果,并对其结构与航天型号要求的符合性以及极限性能指标等进行了评估验证,为微矩形电连接器的研制和应用提供参考依据。     

再入航天器防热层/金属结构热匹配评价方法研究

概述了在轨温度交变环境下再入航天器防热层/金属结构热匹配的3种评价方法———温度交变试验、热应力理论计算和有限元模型分析。结合工程实际,介绍了3种方法的应用情况和应用特点:温度交变试验可以定性研究温度交变环境及胶层厚度对结构热匹配特性的影响;热应力理论计算能够在一定程度上量化结构热应力等结果;有限元模型分析可以获得结构任意时刻、任意位置的热应力与热变形的量化数据,具有较大的应用优势。通过对比分析,建议采用温度交变试验与有限元模型分析相结合的方法,以实现防热层/金属结构热匹配特性的准确评价,最终验证防热结构方案设计的合理性。     

固体发动机绝热材料烧蚀研究进展

为了总结固体发动机绝热材料烧蚀方面的研究成果，梳理未来的发展方向，本文对国内外相关研究进展进行了综述。首先概述了绝热材料烧蚀的基本概念与研究意义，然后从烧蚀试验方法与装置、绝热材料烧蚀特性与机理、烧蚀模型等三个方面，对国内外有代表性和创新性的研究进行了介绍和评价。分析表明，目前烧蚀研究呈现从宏观走向细、微观的趋势，对烧蚀各子过程的研究更加深入细致，更加强调烧蚀过程中流动、传热传质和化学反应等多物理过程的耦合。未来随着高能推进剂的研发与应用、纳米材料的发展以及对精细化模型需求的不断增加，绝热材料烧蚀研究将面临一些新的挑战，也将迎来新的发展机遇。     

航天器高温热密封设计方法及性能评价

针对先进航天器高温热密封设计领域缺乏系统的设计方法及性能评价准则的现状，基于飞行器热密封设计基本原理，通过理论分析及设计流程优化，设计并开展了高温热失重试验、高温压缩/回弹试验、高温摩擦/磨损试验、冲击和反复加载试验以及高温缝隙泄漏试验，获得了典型密封结构与密封材料的基本性能参数，并提出系统的高温热密封性能评价方法。在此基础上，利用电弧射流平台，对典型连接位置以及某折叠翼热密封设计方案的有效性进行了验证与性能评价，相关成果可为航天器高温热密封设计及性能评价提供理论基础与试验数据 支撑 。     

低温推进剂火箭喷泉效应及其抑制

针对低温推进剂火箭应用过程中出现的喷泉效应，在深入分析其产生机理的基础上，介绍了氦气注入、补充加注和循环回流三种相应的抑制方法。试验和应用结果表明，这三种方法可有效地实现系统平衡，抑制喷泉效应。     

航天运载器力学环境工程技术发展回顾及展望

近50年来,航天科技工作者对运载器发射飞行过程中的力学环境的认识逐步深入,带动了相关基础理论、预示方法、分析工具、试验技术和试验设备的不断发展。随着航天技术的快速发展,对运载器等的设计要求越来越高,火箭经受的力学环境也越来越恶劣,火箭力学环境预示与试验技术研究的迫切性日益突出。文章综合分析了力学环境预示与试验技术领域的研究发展状况,重点总结了北京强度环境研究所50年来为解决航天工程中的诸多力学环境问题所做的具体工作。最后,结合新时期航天项目的工程需求,提出了今后在航天运载器力学环境预示与试验技术研究领域的主要研究方向。     

大型可展收支撑臂模态试验研究

大型可展收支撑臂具有低频、振动响应非线性的特性,文章对其模态试验进行了详细研究。通过有限元模型分析得到响应点和激励点的位置,采用不同的试验方法实施支撑臂的模态试验,对试验数据进行分析,得到支撑臂前6阶模态的固有频率、模态阻尼和模态振型。结合有限元方法对试验进行对比分析,表明试验结果可靠。该研究成果对太阳翼、展开天线等大型部件的模态试验也具有一定借鉴意义。     

一种星上微振动引起像移量的测量方法

基于多色CCD各谱段分时成像的特点,提出一种高分辨率光学遥感卫星星上微振动引起像移量的测量方法。该方法依据多色CCD不同时刻获取地面同一景物的不同谱段图像间的匹配像移量差异,确定星上微振动引起的像移量。研究实例证明了文章提出方法的可行性,结果表明,频率越低,微振动引起的像移量越大,因此,应对高分辨率光学遥感卫星的微振动,尤其是低频部分进行有效抑制。     

航天器虚拟动态试验技术研究及展望

文章简要回顾了航天器结构动态设计技术的发展,并且指出随着现代航天器越来越复杂,数值分析方法与动态试验方法都无法满足设计的要求。为了解决这个问题,必须采用虚拟动态试验技术。文中较详细地介绍了复杂结构模型修改新技术、虚拟模态试验技术和振动台虚拟振动试验技术。文章最后还对该领域未来研究方向进行了展望。     

固体火箭发动机长尾喷管烧蚀实验研究

通过研究长尾喷管烧蚀机理,建立了一套模拟长尾喷管烧蚀的实验方法,设计了研究长尾喷管发动机烧蚀性能的实验装置,并进行了正常状态和过载状态下的长尾喷管烧蚀实验,同时获得了烧蚀实验数据及烧蚀形貌。通过建立的数值计算模型,开展了对长尾喷管烧蚀的数值计算研究。将实验结果与数值模拟结果进行了对比分析,两者在一定程度上吻合较好,从一个侧面验证了数值模拟的有效性。     

飞船部组件的检漏方法

文章介绍氦质谱检漏方法在飞船部组件环境试验中的应用。阐述了试验方案、检漏工艺的设计和不同条件下的漏率测试过程。试验结果验证了这些检漏方法在飞船部组件环境试验中的可行性。