温度冲击下粘弹性装药结构完整性快速计算方法

针对目前结构完整性分析过程复杂,绘图与有限元计算软件之间的数据传递过程费时费力的问题,提出了基于参数化建模、全六面体网格划分、及有限元快速求解的装药结构响应快速分析方法,将药柱的参数化建模分解为基体和芯模各自的建模过程,从而建立起管型、星型、翼柱型这三种最常见的装药参数化模型,基于J-Link的Pro/E二次开发技术,实现了药柱的修改、再生、保存、导出等一系列功能,建立起设计变量与药柱模型尺寸约束之间的映射关系,从而实现变量驱动药柱更改的功能。从固体火箭发动机装药有限元分析的整个流程综合考量,针对发动机药柱结构完整性仿真分析的特点,提出了药柱快速结构完整性分析方法研究框架的概念,利用参数化建模、有限元求解的二次开发技术,实现几何模型和有限元分析的联动,搭建出典型装药结构完整性计算模板,完成快速计算平台的设计,最终实现装药结构响应的快速计算。在精度相当条件下,大大加快了温度冲击下装药结构响应预示速度。     

基于Pro/E平台的诱导轮参数化造型软件开发

阐述了诱导轮参数化三维造型的意义和现状,应用自主开发的PIND-2D软件进行诱导轮的二维水力设计,并分析了诱导轮三维造型结构特点。在此基础上,采用C++编程语言,在Pro/TOOLKIT环境下对Pro/E进行二次开发,并采用动态链接库方法实现程序与Pro/E和MFC之间的数据接口,成功开发出了诱导轮参数化三维造型软件,提高了诱导轮设计的效率和质量。     

基于参数化建模的药柱伞盘结构形状优化

锥柱形固体火箭发动机药柱的伞盘结构在低温载荷作用下易产生裂纹,是药柱设计关注的重点部位.为了对伞盘结构进行形状优化,采用有限元软件MSC.Patran的二次开发工具PCL( Patran Command Language),编制参数化建模程序,根据输入参数自动建模计算,并输出计算结果.将整数编码遗传算法与参数化建模方法...     

基于Pro/E创建台阶型导管连接件的应用研究

分析了目前创建台阶型导管连接件的方法以及存在的缺陷,研究了Pro/E软件参数化设计和族表功能,以液体火箭发动机中凹台阶接头创建为例,探索在Pro/E中快速创建三维参数化凹台阶接头的新方法,提出了凹台阶接头三维模型创建流程、三维模型文件命名规则,并对三维模型的管理与使用进行了讨论.应用这种方法,能够在短时间内建立系列化台阶型导管连接件,并且一次性完成尺寸和参数检查,确保导管连接件三维模型的正确性和-致性,在发动机设计过程中,设计人员可以直接使用台阶型导管连接件三维模型进行装配,减少产品设计过程中的重复建模工作,极大提高了发动机的设计效率.     

利用并行八叉树划分技术开展复杂构型航天器放气污染分析研究

放气污染对航天器造成的有害影响需要定量评估。放气产物分子的输运过程可以采用Monte-Carlo方法模拟,并用射线表示放气分子输运轨迹。如此一来,即转换为射线追踪问题。由于航天器构型复杂,射线追踪的计算很耗时,所以有必要研究其加速算法。文章将复杂构型航天器表面用三角形非结构网格表示,利用八叉树划分技术开展分子运动轨迹与表面相交的加速模拟计算。同时,在基于共享内存多核计算平台,利用OpenMPAPI软件实现了计算的并行化。该方法在对空间站的实例计算中显著提高了运算速度,并对空间站的污染情况进行了初步评价分析。     

基于ANSYS的齿面啮合参数化建模及有限元分析

本文应用Solid Works建模软件建立了FA-45-59机型针摆传动机构参数化模型,通过ANSYS的ADPL参数化语言对该模型进行了参数化有限元分析,具体过程包括模型导入,单元类型及材料属性的定义,网格划分,接触对的定义,边界条件施加及计算求解等。计算求得的有限元分析结果与理论计算结果相比较后,误差在允许范围内,从而大大提高了建模、分析的效率。     

基于Patran二次开发的固体发动机结构分析系统

在有限元软件MSC.Patran/Nastran平台上,应用Patran的二次开发工具PCL(Patran Command Language),通过客户化、增设特定命令和窗体等技术手段,开发了固体发动机结构分析系统MSA(SRM Structure Analysis system).该系统突破了参数化建模、内压自动加载...     

变拓扑多臂航天器高效统一动力学建模

针对多臂航天器在轨操控过程中可能存在的多链、闭环、环链混合等多种拓扑构型及相应的动力学模型变化,提出基于空间算子代数理论(SOA)的高效统一动力学建模方法。首先,提出了描述多臂航天器部件连接关系的构型参数,并基于构型参数提出了多臂航天器拓扑构型描述矩阵的自主生成方法。其次,基于空间算子代数理论,将通路矩阵与空间转移算子相结合,提出了变拓扑多臂航天器统一动力学建模方法。最后,将数值仿真结果与多体动力学仿真软件的仿真结果进行比对,验证所提方法的有效性。仿真结果表明,对于不同的拓扑结构,所提出的O(n)阶统一动力学建模方法能准确描述变拓扑情况下的多臂航天器动力学响应。     

桁架式集成天线塔优化设计

针对某卫星平台桁架式集成天线塔结构的优化设计,采用了一种先构型优化,再尺寸优化的方法.首先使用Midas软件进行了有限元建模,应用满应力优化和基结构法得到了兼顾重量、基频、拉拔力、结构对称性及安装空间的综合最优构型.其次,在构型优化结果的基础上,通过Isight软件集成MSC.Patran/Nastran软件,选用多岛遗传优化算法,分析得到了最轻质量杆件截面方案.该方案可以同时满足空间X、Y、Z三个方向正弦响应荷载工况的强度、刚度等要求,质量较优化前降低.优化结果表明,该方法能够得到满足设计要求的方案,可以应用于桁架结构的优化设计.     

挠性航天器的鲁棒多目标姿态控制器设计

航天器挠性附件的振动难以直接测量且对航天器的姿态控制精度产生不利影响。为解决这一问题,提出一种基于观测器的鲁棒多目标姿态控制系统设计方法,借助特征结构配置的参数化方法,给出了含有自由参向量的控制器以及观测器的完整参数化形式。通过对自由参向量的多目标优化选取,使控制系统具有良好的鲁棒性和干扰抑制能力,并避免了控制输出饱和现象的发生。对一个挠性航天器的设计实例表明了方法的有效性。
     

基于ProE的航天器三维屏蔽与辐射剂量评估方法研究

为准确评估结构异常复杂的航天器内部遭遇的辐射剂量,本文将直线近似原理和ProE工程软件相结合,自主开发了一种新型的航天器三维屏蔽与辐射剂量评估方法。利用本方法对立方体、球、平板等简单几何体内部的屏蔽厚度和辐射剂量进行了分析计算,计算结果表明基于ProE的三维屏蔽与辐射剂量计算方法是可靠的。结构复杂程度相当于中等规模航天器的模型计算结果表明,本方法能够较高效的分析评估复杂航天器内部遭遇的屏蔽厚度和辐射剂量。
     

基于DSM的航天器信息建模方法及应用

将设计结构矩阵（DSM）技术应用于航天器研制的设计流程建模和信息建模,能够清晰准确地描述航天器各设计活动之间的信息耦合关系。根据航天器设计过程中跨分系统集成和协同设计的具体教学与培训需求,开发了一种基于DSM进行建模的工具软件,可用于建立一个基于设计参数信息的集成设计系统。根据其内在耦合关联关系,可实现各个分系统、各个模块、各个学科的参数信息一致和动态关联更新。     

航天器典型防护结构节点分离FEM的数值模拟

建立了一种航天器防护结构超高速碰撞数值模拟的节点分离有限元方法。通过重合节点网格转换和添加节点集约束建立了节点分离有限元模型。在显式积分迭代中,将达到断裂判据的节点集解离,从而生成裂纹。对网格畸变问题进行分析,并建立了几何识别方法,进而删除畸变单元,改善了算法的稳定性。应用节点分离方法模拟了单层板超高速撞击问题,并分析了撞击速度对弹丸变形程度和碎片云形状的影响。应用节点分离方法对Whipple防护结构、填充式防护结构和多层网结构进行了模拟,获得了与实验一致的结果。多种算例表明,节点分离有限元方法改善了以往断裂侵蚀有限元方法处理网格畸变、碎片云模拟以及二次碎片云碰撞等方面的能力,对典型防护结构模拟具有很好的适用性,能够成为光滑粒子流体动力学(SPH)方法的有效补充和替代。     

Pro／E二次开发技术在卫星结构设计中的应用

为解决卫星协同设计过程中总体、结构信息同步滞后问题，基于Pro／E软件进行二次开发，实现对总体与结构接口文件的自动解析；利用解析出来的接口数据，在模型上进行表阵列的自动创建，使总体设计模型的变更能够在结构设计模型中及时得到反映，从而实现“总体一结构”设计结果的快速同步。文章中开发的软件工具，在多颗卫星的研制过程中得到了应用。     

Optimal control of reorientation of a spacecraft using free trajectory method

The problem of optimal control over spatial reorientation of a spacecraft is considered. The functional having a sense of propellant consumption is minimized. The analytical solution to the formulated problem is presented. It is shown that the optimal solution can be found in the class of two-impulse control at which the spacecraft’s turn is performed along a free motion trajectory. In order to improve the accuracy of spacecraft guidance into a specified angular position, methods of control are suggested that realize the method of free trajectories. The synthesized controls are invariant with respect to both external perturbations and parametric errors. The results of mathematical modeling are presented that demonstrate high efficiency of developed control algorithms. Propellant consumption for realizing a programmed turn is numerically estimated taking into account considerable gravitational and aerodynamic moments acting upon the spacecraft.     

Intelsat's next generation satellite for the Americas

In order to meet the growing demand for high performance C- and Ku-Band services in the Americas, INTELSAT contracted with Astrium in February 2000 to procure a high capacity communications spacecraft for its 310°E operational location. The spacecraft platform is based on Astrium's next generation platform, the Eurostar 3000. Several new technologies such as integrated Data Handling System, Plasma Propulsion System, etc. are integral features of this platform. The communication payload comprises 36 C-Band and 20 high power Ku-Band transponders. The beam coverages are tailored for the 310°E orbital location and are implemented using a hybrid shaped antenna design approach, where multiple C-Band coverages are generated from a single shaped reflector utilizing a pair of Tx/Rx feed horns for each coverage. The Ku-Band coverages are generated by the classical dual Gregorian shaped reflector antenna design approach. With a total dry mass on the order of 2650 kg and a separated launch mass of 5400 kg, the spacecraft is compatible with most of the available launch vehicles providing mission life of greater than 13 years. The paper will provide technical details of the spacecraft.     

基于Pro/E特征造型技术的固体发动机装药燃面计算

以Pro／E软件为平台,借助Pro／E软件的特征造型功能及曲面论中的曲面插值法,完成了固体发动机装药燃面的推移模拟和燃面计算。通过比较计算所得的等速燃烧和不等速燃烧的燃面变化曲线。证明该方法具有较高的精度。     

基于Pro/E软件的卫星三维建模方法的探讨

主要对基于Pro/E软件的卫星三维建模和高效率、高可靠性、低成本的总装设计方法等进行了初步的研究和探讨。     

Guidance of a spacecraft with low lift-to-drag ratio to a landing point

The problem of terminal control over a deorbiting spacecraft at the stage of its flight after leaving plasma (altitude of ∼40 km) is considered, the aim being to guide it to a preset landing point. The algorithm is based on a modification of the well-known method of proportional navigation, when a fixed point is the target. It is suggested to use satellite navigation systems (of the GLONASS or GPS types) and/or radio beacons, which should allow one to determine the spacecraft trajectory parameters with high precision. Single-channel control is performed by changing the roll angle according to current parameters of the trajectory, which ensures adaptability of the method. Examples of three-dimensional trajectories of flight are presented for a manned spacecraft with low lift-to-drag ratio (∼0.5), currently under design in Russia. The results of statistical modeling taking into account initial deviations of the trajectory parameters and wind disturbances are presented. A method of statistical choice of a reference trajectory for the guidance stage is suggested. A theoretical possibility of using the algorithm of spacecraft guidance (in case of in-light accident with a carrier launcher) to preset regions in the vicinity of launching route is demonstrated. A qualitative analysis of proportional navigation with a fixed target is presented.