碳纤维复合材料贮箱内压和低温承载行为研究

碳纤维增强聚合物复合材料具有轻质高强的优异特性,是液氢液氧燃料贮箱的理想材料。然而液氢液氧燃料贮箱在服役时要承受极低温度载荷,复合材料贮箱箱体的低温结构可靠性尚未可知。开展了碳纤维/环氧复合材料缠绕贮箱结构在温度和内压载荷下的变形及损伤研究,分别进行了常温/低温抗渗漏测试,结合应变测量、声发射监测、氦质谱检漏等方法分别研究了内压以及低温工况对复合材料贮箱的应变分布及损伤泄漏状态影响机制。研究结果表明,封头与圆筒区域交界处易产生应变集中,低温载荷导致复合材料局部小幅度基体损伤及纤维/基体界面脱粘,但并未影响贮箱箱体承压性能和气密性。本研究可为未来大型航天器减质设计提供参考。     

高精度航天器微振动力学环境分析

高精度航天器由于其指向精度和分辨率水平极高,需要考虑微振动的影响。文章给出了微振动的定义,分析了微振动特性、国外研究现状、建模特点及方法,总结归纳了高精度航天器星体内部的主要扰动源。给出了反作用轮、斯特林低温制冷器、星载敏感器以及太阳翼等典型扰动源扰动的时域或频域模型及微振动隔离模型,并进行了相应的仿真,从系统层面评估了微振动对高精度航天器性能的影响,可供高精度航天器设计时参考。     

航天器预复振响应对比分析研究现状综述

对航天器预复振响应对比分析的研究现状进行了综述。介绍了航天器振动试验中预振和复振试验(简称预复振)结果不一致现象的三种典型表现形式:共振峰漂移、共振峰数量变化和共振峰幅值变化。分析相关试验研究和数值模拟文献,指出边界非线性、材料非线性和结构损伤等因素是造成预复振结果不一致的主要原因。对边界非线性,主要从间隙非线性理论研究和螺栓松动试验验证两方面讨论了边界非线性对预复振不一致的影响,发现结构间隙可造成共振峰漂移,预紧力和阻尼对频率漂移也有影响,而螺栓松动则可改变传力路径和结构导致共振峰漂移。对材料非线性,研究认为蜂窝材料特性随载荷、时间、温度等因素的变化可导致航天器结构特性改变,从而出现频率漂移。对结构损伤,研究发现这会导致航天器结构特性发生不可逆变化而造成预复振试验结果出现差异。针对目前研究以共振峰漂移问题为主,且局限于理论和仿真,尚不能应用于科研实际的现状,根据当前航天发展和工程需要,对振动试验研究的发展提出了建议:推进复杂结构系统的振动响应研究体系建设;完善航天器振动试验评价技术;加强航天器振动试验数据管理系统建设。     

带挠性附件的航天器结构-姿态耦合动力学

用Lagrange方程建立了基于混合坐标法的带挠性附件航天器结构-姿态动力学模型,对挠性附件结构的振动特性及其与航天器的耦合关系进行了理论分析,提出了航天器结构-姿态联合仿真分析的方法,并以某卫星天线为挠性附件结构,仿真分析了天线结构的振动特性及其对姿态控制系统的影响.结果表明:提出的航天器结构-姿态联合仿真方法能有效...     

在轨释放、分离载荷动力学仿真研究

某些航天器需要在飞行过程中释放、分离载荷,由此涉及的动力学问题,关系到航天器平台与载荷的控制。文章主要对此类航天器的多体动力学问题进行研究,基于机械系统动力学仿真分析（ADAMS）软件平台建立了包括航天器平台、载荷和两类分离机构等在内的仿真模型,通过对三种在轨释放、分离载荷方案的分离过程动力学仿真结果对比分析以及参数化仿真分析,为载荷释放、分离方案设计提供参考。     

点式分离火工冲击源仿真分析及载荷形成机理

应用航天器“振源系统-近场结构”一体化建模和分析方法,对点式分离火工冲击源的工作过程进行完整建模和数值仿真分析,提取星箭分离面的力函数。得到了高压气体和爆轰产物在腔体内往复运动、形成爆压双峰的运动规律以及关键结构件在爆压作用下往复运动与其它结构件撞击实现分离解锁的运动规律。在此基础上分析爆压载荷在分离螺母内部的传递机制,得到了星箭界面载荷由爆压载荷以及传递路径上的结构运动、撞击和材料内部压力衰减共同决定的载荷形成机理。     

POGO蓄压器变频降幅特性分析

论述纵向耦合振动（POGO）蓄压器的变频降幅特性，指出其主要影响因素是蓄压器容积及连接管路的液阻，根据输送管路的特定频率，选择适当的蓄压器容积，使其固有频率与特定管路的压力脉动频率相一致，可以获得预期的变频降幅效果。给出了蓄压器的变频降幅试验研究结果，可为POGO蓄压器的设计，研制，使得提供参考。     

低温预冷管路流动及传热非稳态特性研究#

低温液体火箭发动机及管路循环预冷过程涉及复杂的流型转换及传热过程,直接影响发动机及其管路的预冷效果。为准确分析低温介质加注充填过程中循环预冷管路内部的流动及传热特性,建立了一维均相平衡态流体流动及传热数学模型,通过离散化方法分析了非稳态过程液氢预冷循环管路中流体各参数的分布,获得了低温介质充填过程管路传热变化规律及其影响因素。     

液体火箭金属膜盒式蓄压器的动力学模型

蓄压器是抑制液体火箭POGO振动的重要装置,通过推导建立了更具普适性的蓄压器精细化动力学模型,给出了膜盒刚度、动质量以及膜盒组件数量对蓄压实际柔度参数、惯性系数的修正方法,该模型提高了输送系统液路频率的计算精度。针对带有充气管路的蓄压器结构形式,引入了充气管路的分布参数动力学模型。研究发现较长的充气管路不仅会对蓄压器产生一定的附加容积效应,同时会形成新的低频振动,影响蓄压器吸收压力脉动的能力。     

瞬变流速作用下姿控发动机燃料管路的非线性振动特性分析

为研究瞬变流速激励下某型卫星姿控发动机燃料输送管路的非线性振动特性,采用加权余量法和四阶Runge—Kutta法对燃料输送管路的非线性液固耦合振动模型进行了数值仿真,研究不同燃料流速下、电磁阀开关时长对燃料管路非线性振动稳定性的影响。仿真结果表明,依据管路特征线可将管路振动分为稳定振动区和不稳定振动区,且不稳定振动主要表现为发散失稳和扩张失稳。当电磁阀开关时长处于失稳区时,电磁阀门开启时长引起的燃料管路不稳定振动为多频率、变幅值的动态扩张失稳,且燃油流速增大是影响管路振动扩张断裂的主要因素;电磁阀门关闭时长引起的燃料管路不稳定振动为单频、变幅值扩张失稳。     

航天器铁路运输中的大承载低频减振技术

针对航天器铁路运输过程中传统钢丝绳减振系统多采用定制化设计且难以对低频振动进行有效减振的局限，提出一种可适用于不同航天器的通用模块化复合减振单元，通过空气弹簧压力及流阻调节控制实现减振系统在不同承载条件下的阻尼调节。在单元组件级研制和试验验证基础上，开展全减振系统研制和跑车试验。试验验证结果表明:减振单元具备阻尼比在0.18～0.29区间连续调节能力，与传统钢丝绳减振系统相比可明显降低运输过程中的振动响应，有效减振频率下限低至8～15 Hz，可为3000 kg以上的大型航天器的安全运输提供有力保障。     

振动试验中力限控制技术

文章阐述了在地面模拟航天器经历的力学环境时,应充分合理地考核航天器的结构；回顾了国内外解决振动试验中过试验问题的方法；全面介绍了振动试验中的力限控制技术。该技术是利用加速度控制的同时,通过限制振动试验中受试产品与工装连接面作用力的大小,来避免振动试验中的过试验问题。     

一种单自由度振动系统动态载荷识别方法

航天器在飞行过程中经历了复杂的力学环境,但是目前又无法直接测量出这种复杂力学载荷函数。针对这一问题,提出了一种应用力学载荷识别方法确定航天器所经受力学载荷的新方法,针对单自由度振动系统模型,以二次多项式为基函数,推导建立了基于Duhamel积分的动态载荷识别模型。仿真分析结果表明,该方法具有很高的识别精度,且不存在误差积累问题。该方法为下一步试验验证和工程应用提供了理论基础和技术支撑。     

热真空试验设备复叠制冷系统

卫星部组件热真空试验设备制冷系统提供试验设备的冷黑环境。文章介绍了复叠制冷系统的工艺流程和系统组成,说明了制冷系统的性能特点。为了满足试验设备的长寿命性能,对复叠制冷系统进行了可靠性设计。复叠制冷系统可以应用于卫星部组件热真空试验设备、高低温试验箱以及医用低温箱等。     

高精度多通道飞行器结构载荷测量系统设计方法

飞行器是在大气层内或大气层外空间飞行的器械，包括航空器、航天器、火箭和导弹。飞行器在机动过程中，飞行器结构的截面载荷是结构设计的重要依据，截面载荷测量结果的准确度直接关系到结构设计的可靠性。针对导弹在飞行过程中结构内部应力难以测量的问题，提出了利用载荷测试仪实测应变载荷与LS-DYNA软件结合仿真分析的方法，该方法通过对单个桁条组件的应力性能进行有限元仿真验证，确认每个桁条组件的测点布局，设计载荷测试仪进行高精度载荷测量，测试仪由8通道应变测量模块与6通道温度测量模块组成，系统由单片机与FPGA共同控制，通过应变信号调理电路与温度信号调理电路提升信号的线性度，采用Flash实现大量数据的存储，通过RS422转USB将数据上传至上位机。通过上述工作验证了载荷测试仪高精度采集方案，结果表明载荷测试仪采集到的应变数据与温度数据呈高线性度，对导弹的弹体结构设计有一定的参考价值。     

基于准静态载荷的航天器系统级正弦振动试验力限条件

以运载火箭研制方提供的准静态载荷为依据,提出了改进的航天器系统级正弦振动试验力限条件,并结合典型算例与目前采用的传统力限条件进行了对比研究。研究表明:改进的力（矩）限条件及相应的加速度下凹条件剔除了对界面合力（矩）无影响的过载项,物理概念更为清楚,计算方法更为合理;改进后的力限或加速度条件明显低于传统的试验条件,有利于减少航天器系统级试验中的过试验现象。     

航天器运输过程中诱发的动力学环境分析

文章综合评述了航天器在公路、铁路、船舶以及航空运输过程中所诱发的动力学环境的原因和特点。对某型号在公路运输和航空运输过程中振动数据的统计分析结果表明:在公路运输过程中,路面不平和车辆的突然加速是诱发振动、冲击的主要来源;在航空运输过程中,飞机起飞、降落以及飞行中的气流扰动而引起的颤振是动力学环境的主要诱因。     

激励频段对航天器随机振动载荷的影响

在航天器随机振动等效准静态载荷计算中,高频因对随机振动载荷的贡献较小而可以被截去,但目前截止频率的选择还未有完全确定。为确定随机振动环境下的计算频段,文章设计了不同动态特性的组件进行不同截止频率的随机振动试验,并根据试验数据分析研究了不同特性组件在不同振动频段下应变的变化规律。研究结果认为,对于一般组件,随机振动的计算截止频率可取为组件主频率的1.5倍。针对非均匀输入加速度谱的随机振动载荷计算问题,文章提出分频段的分析方法。按3个基本频段计算随机振动载荷,分析得到了不同频段对总随机振动载荷贡献大小和规律,以及截止频率误差的影响因素和影响大小。算例表明,分频段法可以用于不同状态输入加速度谱的随机振动载荷计算。     

旋成体模型仪器舱脉动压力空间相关特性研究

为揭示跨声速阶段仪器舱附近脉动压力的空间相关特性,以某旋成体模型为研究对象,基于风洞试验获取了仪器舱附近脉动压力载荷分布规律,计算了测点间的脉动压力空间相关系数。通过曲线拟合与归一化处理,获得了模型仪器舱脉动压力空间相关特性曲线,并研究了攻角、马赫数与雷诺数对空间相关性的影响。结果表明,该模型仪器舱脉动压力空间相关特性具有波动与衰减的特点,随着流动复杂程度的增加,其相关性逐渐降低。同时,在跨声速范围内,该模型仪器舱脉动压力空间相关特性对马赫数以及较高的雷诺数比较敏感。对脉动压力空间相关特性的研究,为飞行器结构响应分析以及载荷环境预示提供了支撑。     

航天器动力管路热控设计与试验研究

针对某航天器动力系统管路布局分散造成系统温差大、控温难的问题,结合动力管路温度指标要求和边界环境条件,采用以被动热控措施为主、辅以电加热主动热控措施的设计方案。分析确立动力管路的热环境,建立换热模型;通过仿真分析和整器热平衡试验,选取不同工况,验证了动力系统氧化剂管路和燃烧剂管路温度均维持在8～20 ℃范围内的热控设计结果。该方案对各类航天器的动力管路热控设计和分析有一定的指导和借鉴作用。