一种高效率星载电源无线能量传输系统

无接触感应电能传输技术作为一种新型的电能传输技术,具有供电安全、方便灵活的优点。本文针对磁耦合谐振式无线能量传输技术进行研究,提出一种适用于星载电源的采用串联补偿拓扑的无线能量传输系统,具体介绍功率控制和转换电路及松耦合变压器的设计;设计了一种高效率无线能量转换电路,通过建立一个220 W原理样机对系统进行验证,实际测量在10 cm左右的传输距离,无线供电效率可达82%。该研究对卫星电源无线供能技术具有一定的参考意义。     

一种弹载雷达干扰天线的结构设计

弹载雷达干扰机的天线要求体积小、宽频带、高增益,且耐受功率大,对天线的结构设计提出了更高的要求.对一种弹载大功率雷达干扰天线的结构设计特点进行了分析,从天线组成原理、馈电结构形式、材料选择、电磁场仿真分析等方面进行了详细描述.采用小型化、一体化的综合设计以适应弹载平台需要,并通过大功率辐射试验验证设计的正确性.     

一种适应箭载电磁环境的无线电能传输系统屏蔽优化方法

对SS型拓扑结构的磁场耦合谐振式无线供电系统进行了建模与分析,利用交流阻抗分析法建模,着重分析自感、互感参数对系统传输功率和传输效率的影响;对应用在箭上的无线电能传输系统,考虑其电磁兼容性,分别使用铁磁性金属与非铁磁性金属对谐振器进行屏蔽,分析其对传输性能的影响;针对特定条件下的参数,提出了基于互感耦合参数的性能优化指标,为达到此指标设计相应的电磁屏蔽方案;并分析屏蔽优化后的其他指标,进行实物实验验证。     

基于磁通感应的动目标探测原理及分析

文章研究利用磁通感应技术对运动目标进行探测的方法。通过分析运动目标的磁特性,建立等效磁性模型。根据模型设计了探测感应线圈的结构,并从理论上推导出线圈内磁通量和感生电动势的求解公式。利用数值仿真获得了探测信号与运动目标特征及线圈参数的关系。计算结果表明,探测信号对运动目标参数及探测感应线圈的结构变化响应明显,初步验证了该探测技术的可行性。     

脉冲耦合振荡器实现传感器网络时间同步

研究利用全局脉冲耦合振荡器实现分布式无线传感器网络的时间同步.建立了无延时、无脉冲积累的脉冲耦合振荡器网络的相位模型,对其动力学方程定点的稳定性作了分析.提出了噪声背景下的耦合脉冲检测方法和脉冲振荡器之间相位差的估计算法,用于从采样数据中快速提取网络中脉冲振荡器的相位信息,仿真验证了该方法可实现网络中所有振荡器同步发射.采用脉冲耦合振荡器模型,对雷达导引头组成的传感器网络可能实现的协同探测进行了分析.     

圆柱形弹性壳液耦合系统模态的有限元法分析

本文针对圆柱形盛液容器受高频激振产生低频大幅重力波的现象,用有限元法对圆柱形弹性壳体及壳液耦合系统进行了模态分析,得到了壳液耦合系统的主要振型;用有限元法分析所得的模态结果与实验现象及实验模态分析结果有较好的吻合,进一步验证了实验结论的可靠性。     

圆柱形弹性壳液耦合系统模态的有限元法分析

本文针对圆柱形盛液容器受高频激振产生低频大幅重力波的现象,用有限元法对圆柱形弹性壳体及壳液耦合系统进行了模态分析,得到了壳液耦合系统的主要振型;用有限元法分析所得的模态结果与实验现象及实验模态分析结果有较好的吻合,进一步验证了实验结论的可靠性.     

滚控式变质心飞行器动力学特性分析与控制

为明确滚控式变质心飞行器的控制机理，为其工程实践提供相应的理论参考，建立包含滑块运动的滚控式变质心飞行器七自由度完整动力学模型，并分析讨论其运动特性以及动力学系统的特点。其次结合频域分析法对滑块运动与载体姿态运动之间的耦合影响以及动态响应过程进行分析研究，揭示了滚控式飞行器的控制机理。同时针对其通道间的耦合效应以及执行机构参数设置对控制能力的影响分析提出了对飞行器结构设计和控制系统设计的相关要求，为滚控式变质心飞行器的工程实践提供一些理论参考。     

卫星星敏感器结构强电磁耦合效应仿真及实验研究

作为姿态测量器件安装在GEO卫星星表的星敏感器易受空间严酷带电环境影响,在强电磁脉冲干扰下出现在轨异常。文章通过数值模拟仿真和测试实验对星敏感器结构在电磁脉冲形成的强电磁场作用下的耦合效应进行研究,仿真计算强电磁场下星敏感器内部的耦合场分布和结构的电磁屏蔽效能,并进行相应的屏蔽效能验证实验。结果表明:强电磁场的高频部分通过星敏感器的光学窗口耦合进入星敏内部后将形成较强的电磁场,在谐振频点还会产生场强增强效应,使结构的屏蔽效能显著下降,内部的电子学器件受到干扰,需要采取相应的防护措施。以上结果可用于星敏感器的强电磁环境防护及相应的在轨异常分析。     

火星全球遥感探测器多学科建模与协同优化

针对火星全球遥感探测器的总体参数设计与优化问题,基于多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)的思想,首先建立以遥感性能和总质量为综合优化目标的总体优化模型,从而实现对总体指标的分解,作为分系统设计的输入条件。基于总体指标分解的结果,然后对探测器的载荷、电源和控制等分系统的变量及约束进行分析,得到分系统优化模型。采用协同优化方法对整个优化问题的耦合关系进行协调并由总体向分系统传递指标和相关耦合参数,采用自适应动态罚函数法和多种优化算法协作优化的寻优机制,来提高总体优化与分系统优化寻优收敛的速度,从而求解获得协同一致的探测器总体参数优化结果与分系统优化结果,验证了MDO方法应用于航天器总体设计的有效性。     

反作用飞轮电机换相力矩波动抑制协同控制方法

针对反作用飞轮电机换相所产生的非理想力矩影响卫星姿态控制精度的问题,采用永磁无刷直流电机绕组感生电势、相电流和电磁转矩的解析计算方法得到了反作用飞轮电机的换相力矩波动最小化条件,提出了基于该最小化条件的换相力矩波动抑制高动态协同控制方法,抑制反作用飞轮电机三种运行状态下的换相力矩波动.试验结果表明,电动状态下换相力矩波动减小了12%、可控能耗制动和反接制动状态下换相力矩波动减小了90%以上,验证了该方法的可行性和有效性.     

人工辅助心脏用永磁轴承盘式无刷电机设计与研究

介绍了一种应用于人工辅助心脏的永磁轴承无位置传感器盘式无刷直流电动机的结构与电磁场仿真计算方法及结果,并对其温度场进行仿真计算。该电机体积重量小,无机械轴承,避免了对血液的破坏,且运行安全可靠。     

大尺度薄壁结构力-热-电一体化分析

基于有限元-多层快速多级子方法(FEM MLFMM)提出天线罩力热电一体化分析方法，以平板为研究对象，验证一体化分析方法的准确性；以大尺度升力天线罩为研究对象，开展气动力和气动热载荷下结构的力-热-电一体化分析，评估力/热环境下结构的强度性能，并探究力/热载荷对结构电磁透波性能的影响规律。研究结果表明：提出的一体化分析方法具有较好的分析精度；在气动力载荷下，天线罩透波性能下降，下降幅值随着气动力载荷的增大而增大；高温引起的材料电磁参数变化对天线罩透波性能有较大影响；在天线罩结构设计阶段，需要充分考虑气动热和气动力载荷对其电磁性能的影响。     

Collective trajectory planning for satellite swarm using inter-satellite electromagnetic force

The inter-satellite electromagnetic force presents several significant advantages that help to expand its space applications to the multi-satellite missions gradually. For a satellite swarm, whether the electromagnetic force is applied to enable collective maneuver and how to provide a better performance and broader applications for such swarm highlight an important issue. Considering the trajectory planning problem of satellite swarm using inter-satellite electromagnetic force, a behavior-based collective planning scheme is developed by designing the desired velocity of each satellite as the sum of several different behavioral contributions, which are used to represent the internal and external interactions of the swarm. Therefore, the desired configuration is associated with the equilibrium points of the pre-designed kinematical field. Furthermore, the trajectory planning problem could be translated to a parameter optimization problem considering the swarm dynamics with inter-satellite electromagnetic force. Then based on the analysis of the applicability and advantages triggered by integrating the inter-satellite electromagnetic force into such behavior-based planning scheme, the collective trajectory planning problem with sole electromagnetic force actuation and hybrid actuation with thruster are studied respectively. Numerical simulations are carried out to verify the validity of the proposed algorithm, and the satellite swarm performance enhanced by inter-satellite electromagnetic force is discussed at last.     

空间飞网质量块动力学分析及收口机构优化设计

 研究空间飞网收口机构在捕获过程中产生翻滚缠绕的原因及质量块优化设计的方法。通过在质量块连体坐标中对其所受空间力系进行简化,分析质量块产生翻滚的原因,并据此对质量块与捕获网的连接进行优化设计。建立了超声波电机启动后质量块各转动部分的动力学方程,分析了其对产生缠绕的影响。并据此对原质量块的结构进行改进和优化设计。实验证明经优化设计的新结构改善了收口机构翻滚缠绕问题。     

一种超薄反作用飞轮的大面积磁悬浮结构分析

为提高轴向磁通反作用飞轮的轴向刚度和寿命,结合轴向磁通飞轮的结构,提出一种超薄、大面积磁悬浮的反作用飞轮。重点分析该飞轮的大面积磁悬浮结构,从磁环的宽度、磁环的充磁方向、磁环间距、铁芯厚度和磁悬浮刚度五个方面展开研究。通过有限元仿真可以发现：随磁环宽度的增加,定子对转子的斥力是先增大后减小;定子内外环磁化方向相反时比相同时能得到更大的斥力;在内外环磁化方向相反时,内外环磁钢间距越小,定子对转子斥力越大;磁悬浮部分铁芯厚度的减小对定转子间的斥力的影响极其有限,但对降低飞轮重量具有重要意义;磁悬浮的刚度与转子偏离中心的距离近似成正比。     

充气式再入减速器动态气动载荷与结构特性研究

针对充气式再入减速器在动态飞行环境下的结构特性变化问题，提出一种基于飞行轨迹参数的CFD动态边界条件加载方法，有效实现了飞行动力学与空气动力学之间的耦合。同时，建立考虑内充压气体热效应的流固耦合模型，较已有方法更全面地考虑了结构变形对流场的影响以及内充压气体状态参数的改变，突破了现有研究中未能完整考虑温度对结构特性影响的局限。利用此模型着重对比了再入过程中气动力与气动热对结构应力及一阶固频的影响，并研究了尺寸变化对结构特性的影响规律。研究发现单独考虑气动力与气动热作用时，结构最大应力分别升高至39.6 MPa与33.5 MPa，而适当减小半锥角和增多气囊数目有利于减小结构应力。本文研究为充气式再入减速器的强度校核及优化设计提供了有价值的参考。     

航天员出舱牵引构型设计与结构响应性能评估

针对航天员出舱过程所用安全绳锁挂频繁的问题，进行了安全高效的航天员出舱牵引系统构型设计，可作为太空行走的辅助导向装置。基于材料结构弹塑性力学方程与含应变耦合项的热传导方程，推导结构热力响应可计算数学模型，利用Newmark方法以及Crank-Nicolson数值格式分别对热弹性方程和热传导方程进行时间域上的离散，构造金属结构响应无条件稳定隐式有限元格式，搭建了温度场与位移场相互影响热力耦合有限元算法(FEM)性能评估软件系统，以此对牵引系统的导轨进行热力耦合数值计算，得到在太阳辐射外热流载荷作用下具有较强抗变形能力的结论。计算了航天员采用牵引系统出舱时对导轨产生的拉力，并借助ANSYS Workbench对导轨进行静力学求解，验证了该牵引系统具备结构强度可靠性，可为空间站建设舱外作业平台提供重要理论分析依据与设计参考。     

振弦式陀螺电磁驱动结构设计与电磁分析

依据振弦式陀螺的工作原理提出一种振弦式陀螺电磁驱动方案，分析了振弦式陀螺电磁驱动电学模型与动力学模型，初步设计了振弦式陀螺电磁驱动结构，运用MATLAB数值软件设定目标参数和初始值计算得到初始结构尺寸；应用Maxwell电磁软件分析了振弦式陀螺电磁驱动系统中永磁体尺寸、永磁体间距、背磁片、Halbach永磁体阵列等因素对电磁驱动模型气隙磁感应强度的影响；最后优化了振弦式陀螺结构模型并进行了电磁驱动结构模型仿真分析。结果表明，电磁驱动整体结构模型气隙磁感应强度得到很大提升，可以很好地降低陀螺功耗，提高陀螺框架驱动力，优化陀螺结构尺寸，从而验证了振弦式陀螺电磁驱动方案模型的可行性，为振弦式陀螺的结构优化设计与实际产品试制研究奠定了理论基础。     

Optimal satellite formation reconfiguration actuated by inter-satellite electromagnetic forces

The inter-satellite electromagnetic forces generated by the magnetic dipoles on neighboring satellites provide an attractive control actuation alternative for satellite formation flight due to the prominent advantages of no propellant consumption or plume contamination. However, the internal force nature as well as the inherent high nonlinearity and coupling of electromagnetic forces bring unique dynamic characteristics and challenges. This paper investigates the nonlinear translational dynamics, trajectory planning and control of formation reconfiguration actuated by inter-satellite electromagnetic forces. The nonlinear translational dynamic model is derived by utilizing analytical mechanics theory; and analysis on the dynamic characteristics is put forward. Optimal reconfiguration trajectories of electromagnetic force actuated formation are studied by applying optimal control theory and the Gauss pseudospectral method. Considering the high nonlinearity and uncertainty in the dynamic model, an inner-and-outer loop combined control strategy based on feedback linearization theory and adaptive terminal sliding mode control is proposed with finite-time convergence capability and good robust performance. Theoretical analysis and numerical simulation results are presented to validate the feasibility of the proposed translational model, reconfiguration trajectory optimization approach and control strategy.