弹簧展开机构的设计及运动学仿真

弹簧展开机构由两对互为备份的弹簧、一个流体阻尼器、一个温度补偿装置组成。弹簧提供展开驱动力矩;阻尼器提供阻尼力矩,以稳定展开速度,防止冲击过大;温度补偿装置用来补偿温度变化对阻尼器性能的影响。文章论述了弹簧展开机构的工作原理及结构设计和必要的分析计算,同时对该展开机构应用在某星载天线中的工作情况进行了运动学仿真。     

挠性航天器在轨分离冲击缓冲模糊滑模控制研究

为降低在轨分离冲击载荷对挠性航天器的影响,进行了基于磁流变阻尼缓冲器( Magneto-rheological)的减振研究,将磁流变阻尼缓冲器应用于航天器冲击减振。基于有限元和Lagrange方法,建立了发生大范围运动的挠性航天器状态模型,采用趋近律滑模控制算法控制阻尼器输出,并提出一种二维模糊控制方法控制趋近系数来提高系统的动态品质,同时抑制趋近律中切换项导致的抖振现象。数值计算表明,采用此方法控制的磁流变阻尼缓冲装置显著降低了冲击载荷对基座的影响,并有效抑制了抖振现象,减弱了基座与挠性附件之间的运动耦合,使挠性附件的速度、加速度变化更为平稳。此控制方法较传统滑模控制能更好地跟踪输出值,且有较好的稳态输出值。     

航天器附件展开动力学仿真

用Newton-Euler法建立了中心刚体带挠性附件的航天器动力学方程, 进行挠性附件展开的动力学仿真,研究附件展开对主体姿态的影响。当航天器 附件展开机构失效时,利用航天器姿态抖动来帮助展开附件。本文用ADAMS软 件建立了航天器的虚拟物理模型,用ADAMS和Matlab/Simulink联合仿真了航 天器姿态抖动过程。仿真结果表明此方法是有效的。     

对接机构的涡流阻尼器阻尼力矩的有限元仿真和试验分析

涡流阻尼器可以很好吸收航天器交会对接时产生的碰撞能量,其阻尼力矩直接关系其对碰撞能量的吸收,但没有通用的阻尼力矩计算公式.通过对研发的对接机构用涡流阻尼器样机的有限元仿真和实验,分析其阻尼力矩.介绍了对接机构的涡流阻尼器样机的结构、2D和3D电磁场有限元仿真模型和阻尼力矩测试系统,分析了涡流阻尼器的磁极对数、转子材料导电率、转子长度、转子厚度、转子平均直径对阻尼力矩的影响,给出了阻尼力矩的计算公式.计算结果表明,对铝合金转子涡流阻尼器样机,阻尼力矩的计算值与实测值误差小,对铜合金转子涡流阻尼器样机,阻尼力矩的计算值与实测值误差较大.分析结果有助于对接机构用涡流阻尼器的研制.     

黏滞型阻尼器对太阳翼展开性能的影响分析

为保证太阳翼在轨展开锁定的可靠性,往往需要较大的展开驱动力矩、较高的力矩裕度;而为了减缓太阳翼展开锁定对SADA的冲击载荷,又需要较小的驱动力矩,较少的展开到位剩余能量。为解决两者之间的矛盾,采用了为太阳翼加装黏滞型阻尼器的方法,它既不降低展开锁定的可靠性,又能有效抑制冲击载荷。但须要注意的是,当阻尼系数过大时,由于地面展开试验存在不可避免的因素(如设备阻力、空气阻力等),太阳翼地面展开试验时可能发生无法完全展开的故障;因此,在选择阻尼器性能时,须要同时兼顾在轨展开和地面试验展开的可靠性。文章利用AD-AMS和Nastran/Patran软件联合建立了太阳翼在轨和地面试验展开的仿真模型,分别得到无阻尼器和不同阻尼系数下的太阳翼在轨和地面试验展开动力学分析结果;通过对仿真结果的分析比对,综合评估了黏滞型阻尼器对太阳翼在轨展开和地面试验展开的影响。     

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分析预示方法研究综述

航天器火工冲击力学环境问题是一个宽频、瞬态和强非线性的冲击动力学问题。火工冲击响应的预示涵盖结构动力学、冲击动力学、爆炸力学、高应变率材料力学行为等多学科理论。目前,工程上尚无统一、有效的预示方法。在航天工程中,航天器及其组件冲击环境条件设计以及系统级和单机缓冲设计,都迫切需要能够准确预示航天器的火工冲击响应。文章对国内外航天器火工冲击响应机理进行综合理论分析,并在系统调研分析预示方法的基础上提出了航天器火工冲击响应预示研究的重点和难点。     

小型、快速SMA空间解锁机构的设计与试验研究

航天器上需要解锁机构完成结构的分离任务,目前广泛采用的火工品螺栓存在安全和冲击等问题,因此其应用在某些场合受到限制。以太阳板二次展开的解锁为例,本文利用形状记忆合金(SMA)的记忆特性发展了小型、快速SMA空间解锁机构;选用Liang\|Rogers本构模型,对解锁机构的核心部分-驱动器进行了设计;完成了解锁机构的样机研制和调试,进行了地面展开试验测试。研究结果表明：利用28V星载电源,研制的SMA空间解锁机构在0.1s内实现了解锁分离。新型SMA解锁机构安装体积小,解锁速度快,能够满足多个解锁机构同时使用的同步性要求,有很大的工程应用潜力。     

国外空间大型网状天线在轨展开故障与对策

空间大型网状天线在轨可靠展开是确保航天任务取得成功的关键。对国外自1974—2011年间发射的部分科学、商业和军用航天器携带的大型网状天线在轨展开故障情况进行了统计,介绍了各天线展开故障的机理,并对天线展开故障应急处理方法和设计改进措施进行了总结。根据空间大型天线展开的特点,提出了加强天线抗冲击能力、充分开展天线机构实验验证和展开故障应急处理预案研究等建议。     

太阳帆板绳索联动同步机构的机理和功能分析

绳索联动机构（ＣＣＬ）是航天器上最常用的附件同步展开控制机构。本文将其等效为一个被动控制器，推导了机构的数学模型，分析了其参数对太阳电池阵同步展开的影响，并对一大型单翼太阳电池阵的展开过程进行了仿真，其结果和实验基本相符。同时得出了一些对工程设计有参考意义的结论。     

新型整星隔振器隔振性能分析

对整星进行振动隔离是降低作用于卫星上振动载荷的有效方法。在不改变火箭及卫星现有结构条件下，设计新型圆盘隔振器来实现整星隔振。通过建立隔振器动力学方程及有限元模型，分析了卫星-圆盘隔振器耦合系统的复模态、振动传递率及不同阻尼对隔振效果的影响。结果表明，在不改变星箭结构条件下，新型圆盘隔振器能有效地隔离振动载荷。     

基于FE-SEA方法的卫星部组件随机振动条件研究

卫星部组件的随机振动试验条件确定是较为困难的,通常依据以往试验结果和经验给出。文章尝试应用混合有限元-统计能量分析方法（FE-SEA方法）预示卫星部组件的随机振动环境,以此确定星上部组件的随机振动试验条件。文章首先介绍了该方法的基本理论;随后,用该方法对卫星部组件在星箭界面基础激励和外场声激励联合作用下的加速度响应进行了分析;最后,在综合考虑预示结果和工艺检验要求的基础上,探讨了部组件随机振动条件的确定方法。研究结果表明:FE-SEA方法建模简便,适用于组合载荷作用下的宽频随机振动响应预示,并且,可以较为方便地确定部组件随机振动条件。     

空间飞行器展开与驱动机构研究进展

空间飞行器展开与驱动机构是空间飞行器机构领域的一个重要组成部分。随着我国航天技术的发展，该项技术有了长足进步，对其设计方法和具体工程问题的研究也日渐深入。本文概述了空间飞行器机构的分类与构成，对展开与驱动机构的国内外研究概况进行了分析。结合工程应用，提出了在系统任务分析与设计中的力矩（力）裕度、精度分配、机构非线性、阻尼控制、热匹配、空间润滑、可靠性分析与试验七个典型工程问题。对这些问题逐一分析了其性质、作用及其对系统的影响，探讨了其研究内容和研究方向。展望了我国空间飞行器展开与驱动机构的发展前景。     

Control of the deployment of an orbital tether system that consists of two small spacecraft

Control of an orbital tether system that consists of two small spacecraft has been considered. The proposed control laws are based on the modification of well-known programs for the deployment of tether system systems under the assumption that the masses of spacecraft and the tether are comparable in magnitude. To construct nominal deployment programs, we have developed a mathematical model of the motion of the given system in an orbital moving coordinate system taking into account the specific features of this problem. The performance of the proposed deployment programs is assessed by a mathematical model of the orbital tether system with distributed parameters written in the geocentric coordinate system. The test calculations involve a linear regulator that implements feedback on the tether length and velocity.     

The Aurora project: A new sail layout

Aurora spacecraft is a scientific probe propelled by a “fast” solar sail whose first goal is to perform a technology assessment mission. The main characteristic of the sail is its low mass, which implies the absence of a plastic backing of the aluminum film and the lightness of the whole structure. In previous structural studies the limiting factor has been shown to be the elastic stability of a number of structural members subject to compressive loads. An alternative structural layout is here suggested: an inflatable beam, which is kept pressurized also after the deployment, relieves all compressive stresses, allowing a very simple configuration and a straightforward deployment procedure. However, as the mission profile requires a trajectory passing close to the Sun, a configuration different from the ‘parachute’ sail proposed in another paper, must be used.     

挠性航天器伸展动力学分析

本文导出了带挠性伸展附件航天器姿态动力学方程，研究了附件伸展和振动对姿态动力学的影响。对于附件按指数规律伸展情况，以及附件长度的次方随时间线性变化情况，给出了姿态角速率的渐近公式。     

Spacecraft dynamics with regard to elastic gravitational stabilizer deployment

The present paper deals with the study the dynamics of the spacecraft with gyro-gravitational system of stabilization. The deployment of the boom of the gravitational stabilizer commences after placing the spacecraft into the orbit and completion of the preliminary damping, when the gyroscopes are uncaged. Primarily the boom is the pre-stressed tape wound on the special drum. When the drum starts deploying the tape, it turns into the elastic cylindrical rod with the mass at its tip. The objective of the study is the creation of the generalized mathematical model and the conducting of the computer modelling of the spacecraft dynamics. The equations of motion are worked out with the use of the Lagrangian formalism. The numerical simulation of typical modes of system functioning is conducted. It is shown that the folding and the following deployment of the boom result in the turn of the spacecraft by 180° about the axis of the pitch. The results illustrate the behaviour of the main system variables.     

Deployment of a lander on the binary asteroid (175706) 1996 FG3, potential target of the european MarcoPolo-R sample return mission

The idea of deploying a lander on the secondary body of the binary primitive asteroid (175706) 1996 FG3 is investigated. 1996 FG3 is the backup target of the European sample return space mission MarcoPolo-R under assessment study at the European Space Agency in the framework of the M3 Medium-Class mission competition. The launch will take place in 2022–2024, depending on its selection at the end of 2013. A lander is indicated as an optional payload, depending on mass availability on the spacecraft. Obviously, the possible complexity of a lander deployment is also an important parameter to take into account. Here we demonstrate that, considering worst case scenarios and low requirements on the spacecraft GNC and deployment mechanism, the operations are easy to implement and safe for the main spacecraft. The concept of operations is to deploy a light lander from the L₂ Lagrange point of the binary system, on a ballistic trajectory that will impact the secondary asteroid. The fundamental principles of this strategy are briefly presented and a detailed model of 1996 FG3 is considered, to which the strategy is applied. We show that the deployment is successful in 99.94% of cases.     

辐射器展开角度对航天器热控能力影响的研究

为了在有限的结构尺寸下提高航天器热控系统的散热能力，提出与流体回路耦合的可展开式辐射器热控方案，建立可展开式辐射器空间散热模型，分析辐射器不同展开角度下系统的热控特性。结果表明，随着辐射器展开角度的变化，辐射器吸收的空间热流也随之发生变化，并最终决定热控回路的流量分配。在工程应用中，基于热控流体回路，通过调节可展开式辐射器的展开角度，可以有效提高航天器热控系统的能力范围。