二自由度平板折展柔性铰链的分析及优化

为提高平板折展机构(LEMs)的灵活性,提出了一种能实现平面内及平面外转动的二自由度柔性铰链。首先,综合椭圆柔性铰链与LET柔性铰链的结构特点,设计了二自由度平板折展柔性铰链;其次,利用弹簧模型推导了该铰链两个方向的转动等效刚度计算模型,并通过设计实例的理论计算与有限元仿真分析对比,验证了两个理论模型的正确性;然后,探讨了各结构参数对铰链两种转动刚度的影响;最后,以提高二自由度平板折展柔性铰链的转动性能为目标,建立了其优化设计模型,并采用自适应粒子群优化算法对该铰链的结构参数进行了优化。优化结果表明:铰链y轴方向转动刚度下降了83.60%,z轴方向转动刚度下降了92.73%,二自由度平板折展柔性铰链两个方向的转动性能都得到了极大的提升,优化结果完全符合预期。     

基于四杆机构单元的柔性铰链设计与尺寸优化

针对柔性铰链存在的转动角度小和径向漂移大等问题,进行了大转角和高精度柔性铰链设计。利用四杆机构中曲柄摇杆机构的转角放大特性,以固化的四杆机构为变形模块,通过摇杆的小变形实现铰链的大转角运动。柔性铰链中固化的四杆机构为超静定结构,基于超静定结构理论进行了柔性单元的受力分析,并建立了柔性铰链的刚度模型,实现柔性铰链的分析和设计。根据设计方案选取设计变量,基于理论推导得到刚度建立目标函数,根据性能和几何边界建立约束条件,利用遗传算法对柔性铰链尺寸进行优化,并通过ANSYS进行了特定尺寸下柔性铰链变形和应力分析,验证了优化结果的正确性。     

一种基于超导的重力梯度敏感结构分析

 为了构建小型化全张量重力梯度测量系统,提出一种轴向分量与交叉分量同时敏感的基于超导的重力梯度敏感结构。基于螺旋理论分析两分量敏感结构的自由度,利用自由空间的运动螺旋系与互逆原理得到约束螺旋系,进一步得到具有冗余约束的对称约束构型,并选择柔性元件构建并联机构形式的两分量敏感结构,利用柔性虎克铰的横向与竖向柔性铰链实现等效球铰的功能。然后分析转臂质量沿轴移动与绕轴转动时柔性元件的变形,根据几何关系与功能定理得出两分量敏感结构的沿轴移动刚度与绕轴转动刚度。通过实际参数的计算,明确了各参数对结构刚度的影响,仿真结果验证了分析过程的准确性。     

大口径光学元件检测平台的模态分析及其实验研究

针对大口径光学元件检测平台,利用ANSYS软件建立其有限元模型并进行模态仿真,获得前6阶固有频率与振型,并通过模态试验分析获得频域内传递函数。计算模态分析与试验模态分析结果基本一致,表明模型建立正确可靠。以建立的有限元模型为基础,选取气浮支撑刚度及柔性铰链结构参数作为变量,进行模态仿真,研究其对平台固有频率的影响。结果表明,气浮支撑刚度对平台整体固有频率影响小于1.5%,柔性铰链簧片厚度对其影响大于20%,可通过选择合理厚度改善平台的动态特性。     

发动机试验台测力机构柔性梁设计研究

柔性梁的刚度性能影响风洞盒式应变天平的精准度,是发动机试验台测力试验数据精确可靠的重要保证,而柔性铰链更是柔性梁设计的关键所在。首先,借助有限元分析方法对四种典型柔性铰链进行计算分析,优选出综合刚性最好的柔性铰链形式;其次,基于选择的柔性铰链形式,研究三个关键结构参数对铰链刚度的影响;最后,设计五种不同厚度的柔性梁进行有限元分析,并加工实物模型进行加载试验验证。结果表明:铰链宽度b=40mm、半径R=5mm、最小厚度t=4mm时双圆弧柔性梁的综合刚度最好,且侧向柔度大,轴向刚度优;有限元计算值和试验值吻合良好,误差小于5%,表明将有限元方法运用于柔性梁的设计优化是可行、可靠的。     

铰链对含铰结构非线性动力学特性影响分析

针对可展结构中铰链带来的展开后非线性动力学问题,建立了含铰结构的动力学模型。基于铰链侧向和径向的几何约束关系,分析了不同约束条件下的铰链非线性特性。基于谐波平衡法（HBM）,对含铰结构的非线性变量进行一次谐波展开,得到铰链非线性力的谐波展开表达式,将含铰可展结构的非线性动力学方程转化为代数方程。分析了铰链在不同非线性特性下各参数对结构动态特性的影响,得到结构固有频率随铰链间隙、刚度和激振力的变化规律。考虑铰链的非线性特性,通过固有频率脊线求解,得到结构固有频率极值随铰链数量、位置和刚度的变化曲面,并对其进行非线性拟合,得到铰链参数对结构固有频率的影响函数,其计算方法和结果在多维复杂结构中具有一定的扩展性,为可展结构的设计和研究提供参考。利用龙格库塔法对非线性结构进行数值仿真,得到结构的固有频率变化曲线,仿真结果表明了利用HBM进行含铰结构动力学分析的正确性。     

柔性铰链放大式超磁致伸缩致动器磁弹耦合模型

针对超磁致伸缩致动器(GMA)输出位移有限的问题,采用柔性铰链放大机构放大GMA输出位移,利用材料力学理论、拉格朗日动力学方程和有限元法对柔性铰链放大机构的位移放大倍数、动力学特性进行了分析.结合Jiles-Atherton(J-A)模型和二次畴转模型建立了柔性铰链放大式GMA的磁弹耦合模型,并在软件AMESim&Simulink联合仿真环境中进行了数值仿真.制作了柔性铰链放大式GMA样机,对其进行了动态性能实验,仿真和实验表明:经过放大,柔性铰链放大式GMA输出位移可以达到0.4mm;频带宽超过100Hz;所建立的磁弹耦合模型是有效的.      

虚拟轴数控加工中心摆角精度的补偿

虚拟轴数控加工中心具有刚度高、惯量小、动态特性好的特点,可实现飞机大型铝结构件的超高速和高精度加工。由于并联机构运动学的非线性特性及各铰链间的藕合关系,使得并联三轴机床的摆角会产生误差。对ECOSPEED系列虚拟轴数控加工中心的sprint Z3型主轴头进行探索和研究,对其摆角精度进行补偿,达到了减少误差的目标。     

直角切口柔性铰链平行四杆机构的屈曲分析

 介绍了研究柔性铰链机构屈曲特性的重要意义。利用材料力学弯曲变形理论的挠曲线近似微分方程建立了计算直角切口柔性铰链平行四杆机构屈曲临界力的数学模型。在简单可靠的实验装置上测试了实际样件的屈曲临界力，并利用商用有限元软件ANSYS 8.0对相应的四杆机构模型进行了非线性屈曲分析。最终结果表明：理论值、实验值以及仿真值都十分接近，但仍存在一定的误差，通过原因分析，证实了存在这种误差的合理性，从而验证了所建数学模型具有较高的参考价值，可以作为柔性铰链平行四杆机构屈曲优化设计的指导理论。     

一种基于冗余自由度的机器人姿态优化方法

工业机器人由于高柔性、高自动化以及低成本的优势,广泛应用于制造装配领域。然而,较低的刚度对机器人的加工精度与质量产生较大的影响。在关节极限约束下建立奇异性性能测量模型,并基于机器人静刚度模型提出一种机器人综合刚度性能评估方法,最终提出一种基于冗余自由度的6轴串联机器人姿态离线优化方法,在尽量远离关节极限姿态与奇异姿态的条件下,得到机器人最优刚度加工姿态。试验验证表明,这种姿态优化方法可以有效提升机器人的运动性能与加工质量。     

基于正负刚度并联的低频隔振器研究

为了能够抑制微振动对在轨运行航天器造成的不利影响,提出了一种由螺旋柔性弹簧（SFS）与磁性弹簧并联构成的低频隔振器;其中,螺旋柔性弹簧作为正刚度元件为系统提供承载能力,并通过有限元建模对其轴向刚度特性进行了数值分析;由两两相吸、同轴配置的3块环形永磁体构成的磁性弹簧为该隔振系统沿轴向提供负刚度以降低系统的固有频率;基于等效电流模型分析讨论了该磁性弹簧的磁刚度特性,并在平衡位置附近对磁刚度作了线性近似。通过分析所设计的低频隔振器与其相应线性隔振系统的位移传递率,比较了2种隔振器的隔振性能。研究结果表明：所提出的低频隔振系统能够有效地隔离低频微幅振动,降低系统的固有频率,进而拓宽了隔振频带;同时,进一步改善了隔振系统在共振区域附近的阻尼特性,有效地降低了共振峰值。     

基于某机载视频部件智能检测系统的设计与实现

检测系统是检测产品功能、性能以及产品是否能满足用户需求的重要测试工具,机载计算机技术指标的测试从准确度、覆盖率以及稳定性、可靠性方面对其检测系统提出了更高要求。原始的视频信号检测需使用视频图像和测量工具相结合的方法进行,不易于故障定位及维修。主要阐述了基于某机载视频部件的智能检测系统的设计和实现,突破了原始的视频信号检测方法,检测系统通过对5种不同格式的视频信号进行自动检测,显示出详细全面的测试信息,实现了检测系统对被测件的智能检测,使得检测系统的故障覆盖率、准确度得到保证。该检测系统已成功运用于某机载视频部件,且性能稳定可靠,同样适用于其它机载设备中同类产品的检测。     

Conceptual design,modeling and compliance characterization of a novel 2-DOF rotational pointing mechanism for fast steering mirror

In this paper, a novel 2-DOF rotational pointing mechanism (RPM) is designed inspired by the guidelines of the graphical approach. The mechanism integrates with a fast steering mirror (FSM) for compensating pointing errors of a laser beam. The design intends to achieve an angular travel of ±10 mrad and steers a 25 mm mirror aperture. A planar flexure with beam flexures accompanied in parallel with an axial flexure build-up mechanism configuration. Compliant mechanism-based RPM ensures high precision and compactness. Compliance characteristics are established based on the stiffness matrix method for four different planar flexure layouts. One layout with best in-plane rotational compliance is then assessed for performance sensitivity to mechanism dimension parameters and parasitic error, thus informing the design space. Rotational stiffness in both the in-plane rotational axes and stress is determined based on finite element analysis (FEA). The wire electrical discharge machining (EDM) is employed for developing the proof of concept for the RPM and is then assembled in FSM. Experiments are conducted to determine the rotational stiffness and angular travel about both in-plane rotational axes. Comparison among theoretical, numerical and experiments reveal excellent linearity of rotational stiffness along the rotational travel range. The maximum theoretical error is less than 5.5% compared with FEA while, the experimental error has a mean of 5% and 3% for both rotational axes thus satisfying the intended design requirement.     

Dynamic temperature prediction of electronic equipment under high altitude long endurance conditions

Unmanned Aerial Vehicle (UAV) is developing towards the direction of High Altitude Long Endurance (HALE). This will have an important influence on the stability of its airborne electronic equipment using passive thermal management. In this paper, a multi-node transient thermal model for airborne electronic equipment is set up based on the thermal network method to predict their dynamic temperature responses under high altitude and long flight time conditions. Some relevant factors are considered into this temperature prediction model including flight environment, radiation, convection, heat conduction, etc. An experimental chamber simulating a high altitude flight environment was set up to survey the dynamic thermal responses of airborne electronic equipment in a UAV. According to the experimental measurement results, the multi-node transient thermal model is verified without consideration of the effects of flight speed. Then, a modified way about outside flight speed is added into the model to improve the temperature prediction performance. Finally, the corresponding simulation code is developed based on the proposed model. It can realize the dynamic temperature prediction of airborne electronic equipment under HALE conditions.     

基于CZT的机载并行双站斜视SAR成像算法

建立了机载并行双站斜视合成孔径雷达(SAR)的几何模型,给出了雷达回波的数学表达式,推导了它的二维频谱并对其特点做了分析。在二维频域内,先用聚焦函数对观测场景中心的点目标做精确成像,然后用Chirp-Z变换(CZT)校正中心点两侧目标回波的距离徙动,再通过方位向逆傅里叶变换得到了雷达图像。该算法利用了CZT能够处理非线性调频信号的特点,简化了处理过程,提高了计算效率和成像精度。仿真实验验证了这种基于CZT的新算法在处理并行双站斜视SAR数据时的有效性。     

A technique for formation and application of informative failure danger functions in the integrated airborne equipment complex

We consider a problem of condition inspection and counteraction of the integrated airborne equipment complex failures and reveal a technique for constructing models of quantitative estimation of the influence of airborne equipment systems and units failures on the flight safety level and their application in the channels of an information-control system for inspection and counteraction of the airborne equipment failures.     

无杆臂误差快速传递对准方法

机载或舰载武器系统惯性导航系统动基座对准的首选方案就是传递对准,速度匹配传递对准因为其较好的水平失准角可观测性以及线性量测模型得到了广泛的应用。但当载体存在角运动时,速度匹配传递对准必须对杆臂误差进行补偿,由于变形的存在,使得杆臂误差的准确补偿存在较大的困难。针对这一问题,研究了一种不需要进行杆臂误差补偿的快速传递对准方案,能够在杆臂误差较大时,以较快的速度获得较高的失准角估计精度。计算机仿真结果验证了理论分析的正确性。     

美军机载导航设备及其发展

美军在确定其军事导航定位和机载设备基本要求的基础上,突出导航能力的全球性、高精度和可靠性,对不同作战用途的飞机配置了不同的导航系统。介绍美军战斗机、攻击机、轰炸机、预警和指挥飞机装备的主要导航设备,主要性能参数和战术技术指标,分析美军机载导航设备研究方向和发展趋势,对我军与美军在机载导航设备的差异进行比较并分析差距,提出发展建议。     

基于滑窗检测的机载设备故障诊断仿真系统

根据机载设备故障诊断的需求,结合飞机性能监控系统的结构框架和机载设备的特点,提出基于快速存取记录器（QAR）记录的飞行数据和滑窗检测原理的机载设备故障诊断算法,并实现相应的机栽设备故障诊断仿真系统。在简述QAR数据译码与数据选择方法的基础上,论述了滑窗检测的原理并对其性能进行分析：设计实现了基于QAR的机载设备故障诊断仿真系统并给出仿真结果。结果表明,该系统可以有效诊断存在的故障,并能大大降低虚警概率,对保障飞行安全具有重要意义。