性别差异对飞船返回着陆冲击下乘员动态响应影响的仿真研究

为探讨性别差异对飞船返回着陆冲击下乘员动态响应的影响,根据飞船着陆实际工况,首先使用Pro-E软件建立座椅模型,然后采用50thHybird III男性假人和5thHybird III女性假人在Hyperworks软件中建立男性、女性假人-座椅系统有限元模型,通过着陆冲击试验数据对模型标定,仿真分析在较高G值(峰值26g)冲击下人体重要部位的加速度响应性别差异性。仿真结果表明,胸背向假人肩部、胸部和骨盆加速度峰值女性比男性高出31%以上,而在头部男性比女性高29%;头盆向假人头部和肩部加速度峰值女性比男性高出80%以上,骨盆加速度峰值女性比男性高37%,在胸部女性比男性高10%。研究表明:在相同的冲击载荷下,女性头颈部、骨盆加速度响应超过男性,更易受到损伤,提示应加强在冲击过程中对女性头颈部和骨盆的防护。     

直升机起落架着陆载荷及参数影响分析

建立了直升机起落架着陆时的动力学分析模型,对起落架冲击载荷进行了动态仿真。计算分析了着陆下沉速度、旋翼拉力系数、轮胎压力及缓冲支柱通油孔面积等参数对起落架冲击载荷的影响。结果表明,直升机下沉速度提高时,起落架参数应作相应调整以降低冲击载荷。     

着陆工况对月球着陆器着陆缓冲性能影响分析

复杂的着陆工况对月球着陆器缓冲机构的工作可靠度影响很大。基于典型的四腿式月球着陆器建立月面着陆过程动力学仿真模型,构造了二阶响应面等效分析模型进行敏感度分析,分析了着陆工况各组成因子对着陆器缓冲机构缓冲性能的影响,发现对缓冲性能影响显著的工况因子有足垫与月面摩擦系数、竖直速度、沿z轴方向水平速度、等效月面坡度及绕y轴转角。通过蒙特卡洛模拟研究了工况因子取值对缓冲性能的影响,并通过贝叶斯公式计算了可控着陆工况因子不同取值时的缓冲可靠度。研究发现,采用光滑足垫及降低关闭发动机时着陆器距月面的高度可以提高着陆器的着陆缓冲可靠度。     

典型航空座椅/乘员系统水平冲击特性实验

为研究典型航空座椅/乘员系统的水平冲击特性和载荷传递规律，基于结构水平冲击实验台系统，综合考量脉冲波形、假人响应和座椅响应，模拟座椅/乘员系统水平动态冲击过程，测试和分析假人运动过程和运动轨迹、假人内部加速度和载荷响应、座椅结构典型部位加速度和典型部位应变等，并基于实验结果研究座椅/乘员系统动态冲击响应的变化规律。结果表明：假人头部运动显著，假人内部响应变化趋势与加速度脉冲波形相近，且假人骨盆加速度和腰椎载荷最大，受损概率最大；座椅和假人均具有两条载荷传递路径，载荷主要经过座椅后椅腿和假人腰椎部位；座椅结构整体处于弹性变形阶段，典型加速度的变化趋势与加速度脉冲波形相近，后椅腿及其与后椅管和扶手架连接处受载显著应变最大；座椅内部加速度和应变与对应标记点的Z向距离密切相关。     

足垫垂直冲击月壤理论模型研究

为分析足垫冲击月壤运动特性,基于岩土力学理论,细化了足垫月面冲击环节,构建了足垫垂直冲击月壤的理论模型,可以快速预测足垫与月壤的相互作用特性;开展了离散元仿真验证,提取了着陆缓冲过程中冲击响应时间、足垫侵入月壤深度、轴向力及着陆过载等动力学特征参数;对比了不同着陆速度、不同足垫质量冲击工况下,离散元仿真与理论模型的计算结果。研究表明:理论模型可以反映足垫冲击月壤的运动特性及力学特性,与仿真计算误差在15%以内:理论模型在分析足垫冲击月壤时,可以代替离散元仿真分析,用于指导方案设计,具有工程实用价值。     

起落架着陆油气混合缓冲器压力分析

飞机起落架在着陆过程中承受较大冲击载荷,致使起落架缓冲器内部承受较高的油压和气压,对缓冲性能有较大影响。首先,在缓冲器轴向载荷的基础上推导缓冲器各腔压力公式;其次,使用二质量系统建立起 落架着陆运动微分方程;最后,应用 MATLAB/Simulink搭建起落架着陆缓冲器压力仿真模型,利用此模型分析不同着陆速度下各腔压力随时间与缓冲器行程的变化规律,及不同正反行程回油孔面积的油腔压力对缓冲性能的影响。结果表明：在不同着陆速度下,各腔的压力在着陆过程的特定时刻呈现一定规律性;正行程回油孔不能太小,保证油液充满回油腔,反行程回油孔不能太大,保证油液充满主油腔;着陆冲击阶段的缓冲器内油压对柱塞的稳定性有影响。     

着陆缓冲气囊的无反弹设计方法研究

着陆缓冲气囊发生反弹将造成系统姿态不可控、二次冲击等危害,针对排气型着陆缓冲气囊系统易发生反弹的问题,提出了一种着陆缓冲气囊的无反弹设计方法。首先给出了6种不同形状气囊的缓冲过程变形假设,并基于牛顿第二定律和热力学方程建立了气囊系统的动力学解析模型;然后采用该模型以无反弹为约束条件对着陆缓冲气囊进行优化,实现了气囊的无反弹设计。运用此方法对圆柱形气囊进行无反弹多目标优化,得到了有效载荷最大冲击加速度更小、触地速度更小,且缓冲过程无反弹的气囊模型;优化前后气囊模型的解析计算结果与有限元仿真结果一致性好,表明所建解析模型合理,精度较高,验证了所提方法的有效性。     

深空探测着陆器数字化设计及着陆性能影响因素

以对称分布四腿悬架式月球着陆器为研究对象,建立了着陆器软着陆过程六自由度动力学模型并改进了月壤摩擦系数模型;在以上动力学模型基础上,以月球着陆器为例编制了着陆器软着陆六自由度动力学分析程序,利用该程序分析了探测器全机月面软着陆性能,重点研究了动力学模型中的月面等效弹性系数、月面摩擦系数和月面倾斜角度等参数对探测器着陆性能的影响。研究表明上述影响因素对着陆器着陆缓冲性能影响显著,通过对以上参数的合理选择可以有效缓解月球探测器月面软着陆的着陆冲击过载。     

地效飞行器双断阶机腹着水砰击过载分析

地效飞行器着水过程中，断阶着水产生的冲击易导致结构表面屈曲或破坏。基于ALE 有限元法，通过罚函数法处理两相界面流固耦合问题，对地效飞行器着水过程进行数值模拟，分析不同前飞速度、下沉速度、俯仰角等参数变化对浸水深度、砰击过载等的影响。结果表明：在研究工况下，机体着水产生的压力峰值均出现在断阶处；随着俯仰角增加水平过载峰值减小，垂向过载峰值先增大后减小，俯仰角为7°时垂向过载峰值最大，是最低过载峰值（俯仰角为15°时）的1.4 倍；前飞速度增加致使水平过载峰值增大，而对垂向过载峰值影响不明显，但垂向过载峰值与垂向速度的平方近似呈线性关系，下沉速度越大，砰击过载峰值越大。     

飞机结构弹性对起落架缓冲性能的影响

研究了飞机结构弹性对起落架缓冲性能的影响。建立了计及飞机结构弹性效应的起落架缓冲系统的动力模型和分析方法。应用结果表明,飞机结构弹性效应能降低起落架缓冲系统的过载、位移等,尤其对大、中型飞机主起落架更为明显,如,某Ｙ机主起落架过载降低６％。     

人体对模拟着陆冲击动态响应特性研究

为了探讨飞船返回着陆时不同强度不同姿态冲击下人体动态响应特性,５名健康男青年,以仰卧２０°承受４～１０ｇ,５０～８０ｍｓ;仰卧３０°～６０°,１０ｇ,５０ｍｓ,半正弦脉冲的着陆冲击。分别记录冲击塔平台,座椅及人体头、肩、胸和髂处的Ｚ和Ｘ向加速度及被试者心电图。经分析计算,给出了人体动态响应与冲击强度以及它与仰卧角的关系式。为进一步研究人体冲击损伤的防护和人体冲击动态响应的建模提供了依据。     

A new landing impact attenuation seat in manned spacecraft biologically-inspired by felids

When manned spacecraft comes back to the earth, it relies on the impact attenuation seat to protect astronauts from injuries during landing phase. Hence, the seat needs to transfer impact load, as small as possible, to the crew. However, there is little room left for traditional seat to improve further. Herein, a new seat system biologically-inspired by felids’ landing is proposed.Firstly, a series of experiments was carried out on cats and tigers, in which they were trained to jump down voluntarily from different heights. Based on the ground reaction forces combined with kinematics, the experiment indicated that felids’ landing after self-initial jump was a multi-step impact attenuation process and the new seat was inspired by this. Then the construction and work process of new seat were redesigned to realize the multi-step impact attenuation. The dynamic response of traditional and new seat is analyzed under the identical conditions and the results show that the new concept seat can significantly weaken the occupant overload in two directions compared with that of traditional seat. As a consequence, the risk of injury evaluated for spinal and head is also lowered, meaning a higher level of protection which is especially beneficial to the debilitated astronaut.     

载人航天器推进系统健康监测的组件技术研究

为了适应载人航天器推进系统多发动机的分布式结构,提高健康监测系统的可靠性,应用组件技术构造了分布式多智能组件集成的健康监测系统,给出了组件之间的协调修正和决策算法。原型系统仿真结果表明,该技术比传统的面向对象（ＯＯＰ）技术更适用于分布式系统,可应用于载人航天器推进系统的健康监测。     

新一代多用途载人飞船概念研究

在"神舟"载人飞船进入成熟稳定期后,中国有必要尽早启动新一代多用途载人飞船的论证和研制。本文对国外新一代载人飞船的技术方案特点、新的设计理念及发展现状进行了分析,从适应多任务、降低运营成本、钝头体气动外形、更高安全可靠性以及新型轻质材料使用等多个方面总结了国外新一代载人飞船的技术发展趋势。初步分析了中国发展新一代载人飞船的近地轨道、载人登月、载人登小行星、载人登火星等任务需求,基本确定了新一代飞船的总体性能参数,并在此基础上梳理了新一代载人飞船技术途径,初步提出了两种方案设想,为中国新一代载人飞船的研制提供参考。     

基于模型的载人航天器研制方法研究与实践

载人航天器具有系统规模大、技术难度高、单件小批量、无法通过多次飞行持续完善设计、可靠性要求高等特点。当前载人航天器研制中仍存在着参数化和模型化程度不高、基于模型的系统综合仿真验证不足、研制各环节缺乏数字化集成等问题，传统基于文本的系统工程方法已无法满足研制需求，亟需采用基于模型的系统工程方法。本文针对载人航天器的研制现状和应用需求，提出了面向载人航天器全生命周期的模型体系，定义了需求模型、功能模型、产品模型、工程模型、制造模型、实做模型等六类模型，提出了基于模型的研制流程，包含系统设计闭环验证、产品设计闭环验证、实做产品闭环验证3个验证环节，并深入探索了各研制环节中不同模型间的传递与关联关系。以某型号载人航天器为应用基础，系统地验证了提出的方法。     

Avionics for manned spacecraft

The author describes the avionic equipment for manned spacecraft, past, present, and future. He treats the four classic avionic systems-crew interface, flight control, navigation, and communication-and adds a fifth called subsystem management which refers to the monitoring and reconfiguration of equipment when faults occur. He starts by describing the functions of spacecraft avionics in general. He then discusses what he considers to have been the first manned spacecraft, the X-15. He continues with the early US and Soviet spacecraft (including their space stations), the US shuttle, and the European Spacelab. He concludes with projections for the avionics in future manned spacecraft, such as the US Space Station, a lunar base, and planetary explorers     

2013 年国外载人航天发展综合分析

2013年,各主要航天国家依据本国具体国情,以审慎务实的态度持续推进载人航天活动。基于此背景,综述了2013年国外载人航天领域发展动态,梳理了国际空间站及深空探索领域的系列成果,分析了重型运载火箭、新型飞船、空间商业运输能力的发展趋势。     

北斗卫星导航( 区域) 系统星座对中国载人航天器的服务能力仿真分析

载人航天器可以利用北斗卫星导航系统实现自主导航定位和相对测量以支持轨道确定和交会对接任务。为了评估当前星座条件下北斗卫星导航(区域)系统对中国载人航天器的服务能力,建立了当前北斗卫星导航(区域)系统的星座仿真场景。利用载人航天器轨道参数,对其轨道处北斗区域星座的覆盖特性和服务能力进行了仿真,分析了可以用于载人航天器绝对定位和相对定位的时间长度、可见卫星情况、位置精度因子等特性。分析结果表明,在载人航天轨道的一些持续时间段内,航天器可以利用北斗(区域)系统完成绝对和相对定位功能。     

Space Weather and the Ground-Level Solar Proton Events of the 23rd Solar Cycle

Solar proton events can adversely affect space and ground-based systems. Ground-level events are a subset of solar proton events that have a harder spectrum than average solar proton events and are detectable on Earth’s surface by cosmic radiation ionization chambers, muon detectors, and neutron monitors. This paper summarizes the space weather effects associated with ground-level solar proton events during the 23rd solar cycle. These effects include communication and navigation systems, spacecraft electronics and operations, space power systems, manned space missions, and commercial aircraft operations. The major effect of ground-level events that affect manned spacecraft operations is increased radiation exposure. The primary effect on commercial aircraft operations is the loss of high frequency communication and, at extreme polar latitudes, an increase in the radiation exposure above that experienced from the background galactic cosmic radiation. Calculations of the maximum potential aircraft polar route exposure for each ground-level event of the 23rd solar cycle are presented. The space weather effects in October and November 2003 are highlighted together with on-going efforts to utilize cosmic ray neutron monitors to predict high energy solar proton events, thus providing an alert so that system operators can possibly make adjustments to vulnerable spacecraft operations and polar aircraft routes.     

低密度烧蚀材料在神舟飞船上的应用

介绍了神舟号系列载人飞船返回舱防热材料的配方设计、成型工艺及性能情况,并与国外相关防热材料进行了对比,包括防热材料的类型、工艺及性能特点等,对返回舱用防热材料的发展进行了总结和展望.