复杂结构动态分析/试验/设计与计算仿真技术的进展与应用

本文对复杂结构动态分析／试验／设计技术近三十年来的进展，包括有限元建模与组合结构分析、动态特性测试、计算模型修正和振动控制，以及新兴的计算机仿真和计算模型精确度认证等新思想、新技术的进展，进行了综合评述，同时还给出这些新技术在运载火箭和航天器方面的工程应用实例。     

航天器解体模型研究的新进展

航天器解体模型用于描述航天器因爆炸或碰撞解体所产生碎片的数量、尺寸、面质比以及速度等特性的分布规律,对于空间碎片环境建模与演化、空间碎片撞击风险评估及空间解体事件分析具有重要意义。分析了目前广泛使用的NASA标准解体模型的特点,介绍了近年来国内外在航天器解体模型方面的研究进展。国外的研究主要介绍了日本九州大学和德国EMI实验室开展的卫星撞击试验以及NASA最近启动的新一轮卫星撞击研究项目。国内的研究主要介绍中国空气动力研究与发展中心(CARDC )开展的卫星撞击试验和仿真研究,以及在此基础上发展的CARDC-SBM航天器碰撞解体模型,并比较分析了该模型与 NASA 标准解体模型的差别。对当前航天器解体模型研究存在的不足进行了分析,提出了下一步应关注的研究方向。     

航天产品冲击响应分析及损伤/失效评估方法研究综述

冲击环境是火箭、导弹等航天器在其全寿命周期经历的严酷的力学环境之一,其往往会导致航天器产品发生损伤/失效,甚至引发飞行事故,已成为制约航天器飞行可靠性提升的关键因素。本文分别从理论分析、经验外推以及数值仿真、试验研究等角度,系统总结了国内外在航天产品冲击响应分析与冲击损伤/失效两个方面的研究进展,并综述分析了国内外众多学者提出的各种冲击损伤/失效评估方法在航天产品上的适用性。在此基础上,结合我国航天工程实际,为今后的相关技术发展提出了建议。     

航天器动力学技术的发展和挑战

本文首先简要回顾了中国航天器动力学分析设计技术的研究发展和工程应用；然后，阐述了21世纪初期中国复杂航天器的发展对航天器动力学分析设计技术提出的新要求，重点分析了在动力学分析、仿真、优化与试验方面必须突破和解决的若干关键技术；最后，对中国航天器动力学分析设计技术的发展目标和前景作了展望。     

航天器结构动态优化设计仿真技术

本文简要回顾了航天器结构设计技术的发展情况，说明结构动态实验仿真技术是结构动态优化设计仿真技术的基础，介绍了两种模态试验仿真技术与试验建模技术，给出捆绑式运载火箭试验仿真技术实例，指出振动试验仿真技术研究与应用已成为当前重要前沿课题。     

系统级产品振动试验仿真

本文利用有限元建模技术，建立了振动台、试验夹具、系统级产品精细的有限元模型，对各部件模型进行了振动特性计算，并通过部件模态试验和振动试验结果及总体综合分析相结合的方法对有限元模型进行了多次修正，得到了总体有限元模型。根据此模型进行了产品的振动试验仿真，并用试验结果对仿真结果进行了验证，验证结果表明系统级产品振动试验仿真结果与振动台试验实测数据是具有可比性的，振动响应的均方根值误差基本上小于lO％，功率谱曲线趋势近似，误差在工程允许的范围内。     

基于气动(气动噪声)/结构耦合仿真研究

声振综合力学环境是航空航天飞行器的重要环境之一。航天飞机或运载火箭、飞船在起飞段产生强噪声环境,这种强噪声会激发局部结构振动,损伤飞行硬件,所以飞行器强噪声环境和随机结构振动预示受到了各航空航天大国的重视。综述了国内外综合力学环境研究现状,提出了气动(气动噪声)/结构耦合思想,即基于物理声学、结构动力学以及空气动力学的三场耦合,对飞行器综合力学环境进行预示。分析了气动(气动噪声)/结构耦合综合力学环境仿真的关键技术,提出的仿真基本思路是在已有气动弹性研究的基础上引入噪声载荷,建立三场耦合平台。以舱段为研究对象,进行了气动/结构/声学(CFD/CSD/CAA)耦合建模及仿真,获得舱段时域结构响应,验证了方法的可行性。研究目的是拟开发空间飞行器结构/热/气动/气动噪声多力学耦合分析的仿真环境分析软件。为研究用于高超声速飞行器复杂力学环境预示积累理论基础。     

振动环境下焊点疲劳失效与裂纹扩展分析

采用子结构方法对振动加载条件下组装有EBGA器件的印制电路板系统进行有限元建模,研究了振动环境下焊点疲劳速率与环境温度、振动频率之间的关系;然后又利用局部/整体相结合的方法对EBGA焊点中由于热循环试验导致的微裂纹在振动试验条件下的扩展情况进行了分析,研究结论可以为HALT试验中振动试验方案的制订以及热循环与振动试验结合方式的优化提供理论指南,最后对分析结果进行了试验验证。     

全尺寸航天器振动台多维振动试验的天地一致性研究(上)

地面振动试验中的全尺寸航天器响应与在天上全箭振动时的航天器响应是否一致的问题,即振动试验的天地一致性问题在文中得到分析。通常,航天器振动试验方法无法同时反映航天器在天上全箭振动时航天器和运载火箭(简称器箭)界面的加速度条件和器箭界面的安装边界条件,因而无法保证其实验结果的可靠性。针对这一问题,在文中指出,对于全尺寸航天器而言,如果让航天器和振动台(简称器台)界面的加速度等于在天上全箭振动时的器箭界面的加速度条件,就能同时自动满足航天器器台界面安装边界条件,由此就能求得全尺寸航天器在振动台振动试验中的解析解,精确等同在天上全箭振动中航天器振动响应。首先应用动态实验仿真技术,导出天上全箭振动响应模型及其解析解,包括:器箭界面的加速度条件和航天器内部加速度响应。然后让全尺寸航天器与振动台的界面加速度等于全箭振动中导出的器箭界面加速度条件,由此就能对全尺寸航天器振动台多维振动试验进行仿真,给出在振动台振动试验中全尺寸航天器响应的解析解结果,可以证明在振动台多维振动试验中全尺寸航天器响应的解析解等于在全箭振动中航天器响应的解析解。这一研究成果,为采用全尺寸航天器振动台多维振动试验方法来精确再现在天上全箭振动中航天器多维振动力学环境提供了完整的理论依据和实践指导。     

航天器AIT中心典型霉菌形态及其消杀效果研究

航天器总装厂房是航天器携带微生物的重要环境来源之一，厂房内的微生物检测与鉴定及其杀菌方法研究对于航天器的微生物安全与防控技术研究具有重要意义。本文报道了航天器AIT中心分离的青霉属、曲霉属和枝孢霉属等8个种属的典型霉菌菌落和孢子形态，为航天器霉菌鉴定和菌种库的构建提供了参考；同时研究了消毒剂、UVC辐照和热处理对这些霉菌的消杀效果，以期为航天器的霉菌防控技术研究提供科学依据。研究结果表明不同种属霉菌对3种消杀方法的敏感性具有较大的差异性。结合我国不同地区AIT中心霉菌种属的多样性，在进行我国AIT中心霉菌的消杀工作时应有针对性地科学选择不同消杀方法或综合应用多种消杀方法。     

一种构建天地一体化网络的航天器信息系统设计方法

随着航天技术的发展，天地间数据交互容量、实时性等需求不断凸显。传统航天器信息系统基于1553B总线或RS422，LVDS等硬线直连架构传输数据，传输速率最多只能达到1Mb/s或100 Mb/s，已无法满足大容量数据实时传输的需求。本文提出一种新的系统设计方法，将地面成熟的1 000 Mb/s/10 Gb/s以太网技术应用到航天器中，构建天地一体化通信网，在天地间无线链路传输总带宽允许的情况下，较大程度提高天地间数据传输速率，同时有效减少星上电缆网配套数量，进而减轻飞行器重量。本文所提方法正在国内某大型组合式航天器设计中应用，可为后续航天器数传设计提供参考。     

航天器平台-载荷-控制一体化协同研制

航天器任务能力的指标提升，对卫星系统设计的深入、精细以及集约要求更高。以系统性能最优为终极目标，围绕任务能力开展多学科一体化设计，进而引起的产品集成、验证模式的显著改变。本文对国内外航天器多学科一体化研制模式的发展和应用情况进行介绍，分析了一体化设计的需求和内涵，并对多学科一体化协同平台的实现及探索性应用进行了研究。     

DESIGN & REALIZATION ON GPS/INS INTEGRATED NAVIGATION SYSTEM

讨论了应用卡尔曼滤波器的ＧＰＳ／ＩＮＳ组合导航系统,其中包括理论、方案与实际的ＩＮＳ和ＧＰＳ接收机的结合,研究的重点是对系统误差的建模及组合的实现,以及松组合和紧组合等各种组合方式等。该ＧＰＳ／ＩＮＳ组合导航开发系统,可以有效和经济地用于组合导航系统的研究和设计,在实际应用中起到了非常有效的作用。该系统不仅仅是一个计算机辅助设计软件,而且可以对实际获得的惯导和ＧＰＳ数据进行半物理仿真。开发系统的核心软件可以方便地转换成实际组合系统中的工程应用软件。应用结果表明,开发系统的设计思想和组合方案是成功的,可以取得良好的导航结果。     

CAD／CAE／CAM集成系统的数据结构研究与实现

数据结构设计是ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ集成系统的关键技术，数据结构的好坏直接影响集成系统的性能。本文以几何模型、绘图模型及分析模型的数据结构为例，论述了集成系统中各模块的数据结构的基本内容及其相互关系，提出了一种多模型下分模型管理的统一数据结构的设计思想，其最大特点是用统一的数据库进行管理，各模型间数据的相互利用是直接引用，从而保证数据的完整性和一致性，减少数据冗度。并以局部数据结构为例，说明了数据     

飞轮贮能系统在未来航天器中的应用

传统蓄电池贮能系统由于其比能量小、可靠性低的固有缺陷已难以满足未来航天器的总体性能发展要求。近年来，随着高性能磁轴承、高强度轻重量的复合材料、电力电子技术等一系列关键技术的发展，使得飞轮贮能系统取代目前航天器中镍氢电池贮能系统成为可能。文中系统地阐述这一未来的航天器贮能系统，其中具体介绍了飞轮贮能系统的高比能量、长寿命、高效率等优越特性以及在航天器应用中独具的位姿控制附加功能，并对飞轮贮能系统的结构组成、多功能集成等方面作了较为详细的论述，最后介绍了目前飞轮贮能系统在航天器中应用研究的状况     

航天器环境试验标准体系研究

环境试验是航天器安全和可靠性的重要保障。本文在对航天器研制过程中所经历的环境及效应分析的基础上，从航天器的系统构成和航天器的研制流程角度，对航天器的环境试验进行了分类，进而构建了航天器系统级、分系统/组件级、材料/器件/电子元器件级的环境效应试验标准体系，这对航天器的研制及航天器的在轨安全和高可靠性具有重要意义。     

智能结构及其在空间飞行器中的应用

介绍了作为近年来国际上研究热点之一的智能结构的概念、原理、分析方法、及主要应用情况。从技术应用的角度，提出当前国内在空间飞行器结构设计应用中应该重点发展的几项关键技术，最后给出了一个具体的实例，一种集成有位移传感器和力致动器的低电压压电主动(智能)单元结构，用这种主动结构来实现空间精密分段反射镜的低量级振动及形状控制。