ULE?叠层反射镜二维等效建模方法研究

ULE~?叠层反射镜是实现大口径、低面密度、高刚度空间反射镜的有效途径。为提高ULE~?叠层反射镜设计效率,文章基于蜂窝夹芯结构均质板等效理论,推导了叠层反射镜二维等效模型建模方法,利用有限元法计算二维等效模型自由模态频率,对比详细模型计算结果,验证等效模型计算精度,并结合设计实例验证该二维等效模型在叠层反射镜优化设计中的有效性。分析结果表明,叠层反射镜面密度大于40kg/m~2时,二维等效模型模态频率计算误差优于4%,满足优化设计精度要求。文章提出的叠层反射镜二维等效建模方法大幅缩减叠层反射镜有限元模型规模,实现叠层反射镜有限元模型高度参数化,有效提高了叠层反射镜设计效率。     

基于薄膜褶皱分析的非线性协调方程

文章提出了薄膜二维参变数模型,该模型描述了三种基本区域：张紧区、起皱区和松弛区。相应的参数变化规则也定义在二维参数模型之中。以二维参数模型和参数变化规则为基础,借鉴薄板大挠度问题中对板的中面的分析方法来分析薄膜结构,导出薄膜起皱问题三维数学模型的非线性协调方程。     

地月空间星地双向单程测量高精度模型

针对使用星地双向单程测量技术实现给定场景下的地月空间高精度测量问题,建立了地月空间纳秒级星地时差解算模型与米级瞬时距离解算模型,定量分析了模型中各因素的量级,并对模型中收发时延、引力时延、定轨误差和大气延迟等多种因素引入的时差和距离估算误差进行了定量分析。仿真数据的处理结果校验了误差量级理论分析的准确性,时差估算的均方根误差优于7.6ns,瞬时距离估算均方根误差优于2.4 m。建立的模型可以对地月空间星地DOWR测量数据进行高精度处理,实现地月空间高精度时间比对,支持未来中国载人登月等任务及地月空间高精度导航技术。     

基于三维有限元模型的弹翼胶接结构胶层应力分析

目前对复合材料胶接修理结构中胶层的模拟多采用二维平面单元,不能有效模拟胶层在外载荷作用下的真实应力状态。考虑某飞行器弹翼修理时形成的复合材料双面胶接结构承受载荷后处于三维应力状态的情况,建立了该修理结构的三维有限元模型,计算出单向拉伸条件下胶层的剪应力,并与Hart-Smith解析解进行对比。分析结果表明三维有限元模型正确、合理。利用所建立的模型分析胶层的剪应力和剥离应力的分布特点,得出胶层破坏的失效顺序,为胶接修理结构的承载能力分析以及结构改进提供参考依据。     

一种梁板复合结构的设计

对某卫星主结构中应用的一种新型的复合材料结构形式——梁板复合结构进行了设计、分析与试验。首先通过整星分析,设计了梁板复合结构,并为其设计了试验件进行研制试验。同时,利用有限元软件PATRAN和NASTRAN建立了三种模型:二维板壳模型、三维板壳模型和三维实体模型,通过比较试验结果与分析结果,修正了分析模型,并找出了合理的分析方法。试验结果表明,设计的梁板复合结构满足了既定的强度要求。     

空间含镀层薄膜天线应力均匀化分析与验证

针对空间大尺度含镀层薄膜天线建模中尚未涉及镀层对应力均匀性影响的问题,以及双轴张拉试验装置施加拉力不均、薄膜平面度不足的问题,开展了空间含镀层薄膜天线应力均匀化研究。首先,进行了含镀层薄膜单元的力学建模,用经典层合板理论推导了含镀层薄膜区域的力学特性参数(杨氏模量和泊松比);其次,为了获得建模所必需的薄膜基底和镀层两个组分的力学特性参数,开展了均载薄膜双轴张拉试验,分别测得了镀层和薄膜的杨氏模量和泊松比;然后,在力学建模的基础上,分析了平面薄膜天线设计参数对应力均匀性的影响,得出了薄膜面积、厚度、边荷载、薄膜材料对应力均匀性的影响规律;以薄膜内应力标准差最小为优化目标,对空间大尺度含镀层薄膜天线进行了优化设计,使优化后的薄膜内应力标准差减小为优化前的4.6%;最后,对蠕变抑制效果进行了仿真校验,优化后的薄膜结构工作10年时蠕变导致的位移减小为优化前的27.6%,优化设计对空间大尺度薄膜的蠕变起到了有效的抑制作用。     

基于CAD三维模型几何特征简化的卫星桁架结构快速建模仿真与试验验证

为提高卫星桁架结构设计过程的仿真建模质量,优化仿真过程对三维模型信息的利用方式和效率,文章提出一种基于CAD三维模型几何特征简化的卫星桁架结构快速建模仿真方法,并给出分别采用梁单元和壳单元建模的路径及软件界面。将该方法应用于某卫星结构的仿真建模,得到了三维有限元模型模态分析数据,其与力学试验数据的对比结果表明:横向模态分析与试验误差最大,为6.07%;各方向误差均满足指标要求。基于CAD三维模型几何特征简化处理的卫星桁架结构快速建模仿真方法合理可行,建模过程便捷、高效,数据可信。     

固体火箭发动机喷管扩张段壳体结构优化设计

针对某型号发动机喷管扩张段壳体结构,建立了高精度三维扩张段热结构FEM模型,计算了喷管工作时扩张段壳体结构在承受高温、高压以及作动器外载的联合作用下,结构的应变及位移分布规律,并与全尺寸发动机喷管热联试的试验结果作对比。结果表明:热结构仿真计算与试验结果吻合较好,其中关键承载部位应变最大误差小于15%,验证了热结构仿真模型准确性及精度,可以用于工程上扩张段壳体热结构强度校核。在此基础上,以环/母向筋条数量为设计变量,采用First-order优化方法对喷管扩张段壳体结构进行减重优化设计,在满足强度和刚度要求的前提下实现了目标结构约30. 8%的有效减重。以上计算结果对于固体火箭发动机喷管扩张段壳体结构设计优化,准确预估结构安全裕度有着一定的参考价值。     

热熔型聚酰亚胺薄膜的热封性能研究

针对现有商用聚酰亚胺（PI）薄膜无法采用热熔工艺进行粘接的问题,采用异构化二酐单体、2,3,3’,4’-二苯醚四酸二酐（a-ODPA）分别与7种芳香族二胺单体通过化学亚胺化工艺制备了PI薄膜（PI-1～PI-7）,系统研究了这些PI薄膜的结构与性能的关系。结果表明:a-ODPA的不对称结构赋予了PI薄膜良好的热塑性特征,使之可以采用热熔工艺进行粘接,薄膜间的热封强度最高可达660 N/m;此外,制备的PI薄膜还具有良好的耐热性能与力学性能,5%失重的温度超过500℃,玻璃化转变温度超过230℃,薄膜拉伸强度超过89 MPa。     

改进模拟退火算法的喷管动力学模型修正

为获得液体火箭发动机喷管高精度的结构动力学有限元模型，提出一种基于改进模拟退火算法（Improved Simulation Annealing Algorithm，ISAA）的有限元模型修正方法。首先，将复杂的薄壁夹层板喷管等效为复合材料层合壳，建立喷管的参数化有限元模型；在此基础上，以结构模态参数为参考基，构造出联合使用模态频率及模态振型的目标函数，并运用灵敏度分析提取设计变量，从而建立其优化模型；提出带记忆、局部搜索功能的改进模拟退火算法，运用ISAA在设计空间进行多目标全局寻优；最后，采用基于MSC Patran/Nastran软件平台二次开发的结构动力学模型修正软件ZDXZ V1.0进行模型修正，并对模型修正方法的有效性进行了校验。结果表明，修正后喷管的前3阶计算模态频率与试验值相对误差小于2%，振型相关性最小MAC值大于0.9，大大提升了喷管模型的动力学符合性，模型精度满足工程应用要求；表明所述模型修正策略的有效性，该方法具有高效、强鲁棒性等特点，适合于大型复杂结构的模型修正。     

一种仿蝗虫腿空间缓冲吸附机构缓冲参数研究

针对空间机器人在太空高速工况下,难以平稳地着陆且黏附在目标航天器表面的问题,提出了一种仿蝗虫腿非合作空间缓冲吸附机构。为了得到机构最优的缓冲参数,使得其与目标航天器碰撞时不发生回弹且减小碰撞力以保护自身,提出了空间缓冲吸附机构碰撞缓冲的动力学模型,该模型研究方法基于连续碰撞力方程。通过对空间缓冲吸附机构的腿部胫节、股节以及整机的受力分析,求得其不同受力工况下的动力学方程。采用线性弹簧阻尼结构等效空间缓冲吸附机构碰撞缓冲过程,建立空间缓冲吸附机构碰撞动力学模型,并结合实际碰撞缓冲参数设计出空间缓冲吸附机构碰撞过程的刚度系数和阻尼系数。最后利用动力学仿真进行校验,结果表明用此方法,机构所受碰撞力大幅减小且不发生回弹,证明了方法的合理性。     

空间薄膜阵面结构褶皱分析

薄膜褶皱是空间薄膜阵面形面误差主要因素,其制约阵面技术性能参数。首先,基于ABAQUS软件,建立薄膜褶皱数值仿真过程和方法;对正方形薄膜阵面进行了褶皱数值模拟分析,包括分析模型和参数分析,考虑了预应力值、膜边形式（膜边、索边、卡框边）、粘结缝及粘结缝模拟方法、剪应力值对阵面褶皱的影响,取得了阵面褶皱参数特征和规律。论文方法和结论对薄膜阵面结构设计研发具有参考价值。
     

遗传算法和RBF神经网络在蜂窝结构等效力学参数计算中的应用

为解决蜂窝板等效力学参数计算困难问题,首先利用sandwich夹层板理论建立蜂窝板等效模型,并对计算结果引入修正系数。然后将修正系数作为设计变量,将等效力学参数模型的计算误差作为目标函数,建立优化模型。接着利用RBF神经网络模型建立修正系数和计算误差的代理模型,在此基础上,利用遗传算法进行迭代计算,最终得到较理想的蜂窝板等效力学参数。通过某星载测雨雷达天线座的工程案例验证方法的实用性,并通过与其他方法计算结果及实测结果的对比验证方法的准确性。     

基于变结构控制的三维视线指令制导律设计

指令制导在区域防空中得到了广泛的应用,而视线指令制导是指令制导中最常用的方式。传统设计方法使用二维模型,并把弹体简化为质点,模型和实际系统有较大的出入。根据视线指令制导的三维六自由度拦截动力学模型构造了系统的状态方程和跟踪误差,将拦截问题转化为一个时变非线性系统的误差跟踪问题,使用变结构控制理论设计了制导律。并仿真验证了制导律的制导效果。     

同步误差条件下的空间目标双基地ISAR自聚焦算法

以空间目标为研究对象，针对双基地雷达时间、空间及频率同步误差导致的逆合成孔径雷达图像散焦问题，提出基于离散多项式相位变换的自聚焦算法。算法首先将目标平动、转动及同步误差导致的相位项统一建模为高阶多项式，利用离散多项式相位变换方法估计高阶多项式系数并据此构建补偿相位项，完成高阶相位补偿。最后进行方位压缩得到高聚焦度的二维ISAR像。算法通过选取合适的延时参数及成像积累时间可得到高精度参数估计及相位补偿，理论分析和仿真校验了算法性能优于常用的非参数化自聚焦算法。     

半实物数字仿真的模型校验

本文介绍了半实物数字仿真的模型校验技术,重点讨论仿真模型的正确性校验、仿真模型的误差分析、仿真模型的误差补偿问题,为取得正确的系统特性作为仿真试验的依据提供了基本保证。     

基于GRNN的三元乙丙橡胶薄膜 粘接界面力学性能参数反演

基于广义回归神经网络(GRNN),提出了一种获取粘接界面的内聚强度和断裂韧性的数值方法。在ABAQUS中建立了双悬臂夹层梁(DCSB)的三维有限元模型(FEM),引入双线性内聚力模型描述界面单元的本构关系,采用不同的内聚参数计算加载点的载荷-位移关系。将有限元计算结果整理后作为广义回归神经网络的训练样本,将实验结果作为输入,预测了粘接界面的力学性能参数。结果表明,采用GRNN和Hooke-Jeeves算法获取粘接界面的力学性能参数分别需要进行25轮次和62轮次有限元分析,与GRNN和修正梁模型对应的加载点载荷-位移曲线和实验曲线之间的最大相对误差分别为1.12%和6.67%,基于GRNN的反演方法能够快速、准确地获取粘三元乙丙橡胶薄膜接界面的力学性能参数。     

空间目标三维重构误差分析与相机参数设计方法

针对空间目标三维重构任务中的相机参数设计问题，提出一套由目标重构精度反演观测相机参数及观测方案的方法。通过梳理三维重构误差传播机理，将误差传播归结为相机内参数影响特征点齐次坐标和齐次坐标影响重构精度两个过程，给出了三维重构误差计算方法。基于误差下限分析计算结果，给出了观测距离、拍照间隔与相机姿态指向等任务参数的设计原则，建立了由重构精度反演相机焦距和像素尺寸的方法，形成一套以重构精度为核心指标的观测方案和相机参数设计方法。针对模拟空间目标的仿真试验校验了重构误差估算算法及相机参数和观测方案设计方法的有效性。     

超燃冲压发动机全流道反应流场仿真分析

采用计算流体力学方法开展了超燃冲压发动机流场二维及三维数值仿真,获得了发动机流场结构及流动细节.探讨了二维简化计算的适用性及不足.通过对发动机各部件受力的分析,得到了发动机初步性能,并就支板及凹腔的减阻设计提供了一些参考.     

分离式垂直方向充退磁线圈数值仿真研究

针对航天器充退磁试验对简便快捷的垂直方向充退磁设备的需求,文章提出一种分离式垂直方向充退磁线圈结构,避免了安装过程中复杂的接插工序,可有效缩短试验时间。通过理论计算说明了分离式充退磁线圈结构与现有设备的等效性,利用磁仿真平台建立了线圈结构模型,并对其充退磁特性以及由于结构改变带来的磁场均匀性误差进行了仿真分析,充分验证了理论计算的正确性。