带有偏心轮的锁钩式结构锁运动性能和力分析

锁钩式结构锁因动作速度快和误差补偿能力好而广泛应用于空间对接装置中。文章对两航天器空间对接正常拉紧过程中带有偏心轮的锁钩式结构锁进行了受力分析 :分析了对接框下端面粗糙度对结构锁拉紧力的影响 ;针对“仅一组钢索传动”的故障情况 ,进行了结构锁的力学计算 ;提出了改善结构锁啮合性能的方法———增大主动钩特征点的 y坐标值 ,尽可能减小偏心轮偏心距。导出了主动钩啮合面法线与对接框平面法线的夹角计算公式以及结构锁法向载荷在啮合间隙误差影响下的计算公式 ,为设计提供依据     

航天器附件联动展开机构优化设计

根据航天器附件展开运动功能要求,对联动展开机构进行了尺度综合,确立了一组独立的设计参数,推导了满足收拢和展开状态下基板位置要求的联动展开机构数学模型,并建立了参数化的机构展开动力学仿真模型,以对附件展开运动功能及动力学特性进行分析和验证,从而实现了机构的参数化设计与分析.在此基础上,以展开全程所需的最大驱动力矩最小化为目标,以满足收拢状态整体结构尺寸包络为约束条件,建立了联动展开机构优化模型,根据该优化问题的非线性特征以及设计空间的不连续性,采用模拟退火算法进行优化求解,最终得到了机构的最优尺寸,从而达到了降低展开驱动力矩、改善机构动力学性能的目的.     

6PUS并联机构的运动学整机标定

首先建立了6PUS并联机构包括虎克铰铰链点、球铰铰链点、杆长以及导轨方向向量在内的54结构参数的误差雅可比矩阵。在MATLAB中使用最小二乘法建立了其标定模型,通过仿真验证了雅可比矩阵的正确性和最小二乘法参数辨识的有效性。其次采用正交试验选取位姿,用激光跟踪仪进行整机标定实验。根据标定结果,在MATLAB中采用建立的标定模型进行参数辨识,得到54结构参数。最后进行误差补偿,观察标定补偿效果。该整机标定可使单方向最大位置误差在0.030 mm,最大姿态误差在0.0007 rad;三方向最大位置误差在0.046 mm,最大姿态误差在0.0008 rad。由标定效果可知,整机标定可明显地提高运动学精度。      

基于二级多点逼近算法的航天器结构优化设计

在某新型卫星结构研制的初样阶段,建立了卫星初始设计的有限元模型.以主承力桁架结构中各梁的截面尺寸为设计变量,考虑整星模态频率和强度约束,建立了以结构重量最轻为目标的优化模型.应用二级多点逼近优化算法进行了结构优化计算,在每一个计算周期中,原结构优化问题先转化为具有较高精度的第1级多点近似问题,该问题则通过可由对偶法快速求解的第2级近似问题逼近.经过初步试算、设计改进和再优化3个阶段,设置并进行了一系列的优化计算,逐步明确了设计的方向和各结构参数的取值范围,得到了合理的可行方案,为该卫星平台结构初样的详细设计提供了参考,同时表明所采用的优化方法适用于工程结构优化问题.      

倾转旋翼无人机最优过渡倾转角曲线

建立了典型三点式倾转旋翼无人机动力学模型,针对过渡过程,开展最优倾转角曲线研究以减小横侧控制耦合对纵向运动影响和过渡过程能耗。基于倾转角曲线对过渡过程的影响分析,提出了改进运动剖面算法对倾转角曲线进行参数化设计;并提出两阶段优化方案来对参数进行优化。第1阶段,综合考虑横侧控制耦合度最低和过渡过程能耗最小目标,以曲线参数为优化变量,构建了最优倾转角问题模型,采用遗传算法进行优化求解。第2阶段,引入舵机动力学模型,考虑过渡时间和系统超调进一步优化以减小结束阶段的超调。与2种现有典型倾转角曲线对比结果表明:给定过渡时间,设计的最优倾转角曲线有效地降低横向控制耦合程度和过渡过程的能耗,且减小结束时超调。      

流体驱动高速机构中缓冲装置的优化设计

受流体驱动高速运动的机构,受阻后突然停止将导致零件变形甚至断裂.为得到缓冲结构的最佳方案,运用正交试验法从27种设计方案中确定了9个试验样本,并通过流固耦合与非线性有限元法对其高速运动与冲击过程进行了仿真分析.在此基础上,应用改进的BP(Error Back-Propagation)网络训练得到吸能结构参数与零件应变能的非线性映射关系.通过优化,得到了最佳方案,明显提高了方案优选效率.      

基于Lagrange方程三自由度并联机构动力学研究

针对一种三自由度的并联机构采用Lagrange方程建立了动力学方程,得出了机构驱动力显式解.用计算机程序模拟了动平台做圆周运动时驱动力的变化情况以及机构简化所产生驱动力误差的大小,给出了可以对机构进行简化的条件.分析了机构的结构参数与驱动力的关系,为这种机构动力学特性的深入分析和结构优化设计提供了参考.      

Mechanism parameters optimization of bionic frog jumping robot based on velocity directional manipulability measure

以速度方向可操作度作为跳跃性能的评价指标,从机构设计角度寻求改善仿蛙跳跃机器人跳跃性能的方法.在仿蛙跳跃机器人机构模型的基础上,建立了起跳阶段的运动学方程,得到机器人从关节空间到质心运动空间的速度映射关系,结合速度方向可操作度,利用优化算法对仿蛙跳跃机器人的机构参数进行优化,使机器人的跳跃性能达到最佳.优化结果表明,运用速度方向可操作度理论,对跳跃机器人机构参数进行优化研究是有效可行的.     

基于速度方向可操作度的机器蛙机构参数优化

以速度方向可操作度作为跳跃性能的评价指标,从机构设计角度寻求改善仿蛙跳跃机器人跳跃性能的方法.在仿蛙跳跃机器人机构模型的基础上,建立了起跳阶段的运动学方程,得到机器人从关节空间到质心运动空间的速度映射关系,结合速度方向可操作度,利用优化算法对仿蛙跳跃机器人的机构参数进行优化,使机器人的跳跃性能达到最佳.优化结果表明,运用速度方向可操作度理论,对跳跃机器人机构参数进行优化研究是有效可行的.     

新型2-2PRUR并联机构运动学分析及工作空间优化

基于工业生产线实际需求,设计了新型2-2PRUR并联机构,进行运动学分析的同时基于散点图对工作空间进行了优化。提出了通过拆分动平台为两部分并加装行星轮系以解决四自由度并联机构过约束及增大转动自由度转角的方法;运用坐标法写出机构约束方程并求解位置正反解;利用位置反解方程解的散点画出机构工作空间,同时以散点数最大为原则运用遗传算法对工作空间进行优化,获得了合理的结构参数。为此类并联机构的研究和应用奠定了基础。     

航天员出舱可伸缩安全系绳设计与验证

随着中国神舟飞船系列任务和空间站建设任务的稳步进行，中国航天员将面临频繁的在轨出舱作业任务，航天员出舱活动范围将逐渐增大，作业位置也将频繁变换，传统安全绳已无法满足使用要求。提出了一种基于恒力矩弹簧驱动的航天员出舱可伸缩安全系绳设计方案，并优化设计方法。对可伸缩安全系绳的核心部分——驱动单元进行设计，研制航天员出舱可伸缩安全系绳样机，并完成功能性能、环境适应性和驱动单元寿命试验验证。结果表明:所提方案可顺利完成钢丝绳收放，且实测收绳力、放绳力与理论值基本吻合。方案具有体积小、质量轻、可耐大量级振动和高低温环境等优点，其驱动单元满足10 000次的长寿命使用要求，可用于后续工程产品中。      

一种中继无人机快速部署策略

针对任务规划中中继无人机部署效率低，部署方案无法满足最少数量要求等问题，提出了一种中继无人机快速部署策略。首先，根据最少中继节点的任务要求，建立了基于最少中继节点的部署模型。其次，优化了深度优先搜索算法的搜索方式，实现了节点间可行链路的快速搜索。最后，在人工蜂群(ABC)算法中引入快速深度优先搜索(DFS)算法，来求解最少中继节点部署方案。仿真结果表明:在相同任务规模下，所提策略的求解速度相较于改进前提高了53.56%左右，部署的中继无人机数量相较于现有方法减小了11.88%左右。      

功率FET大信号负载牵引测试系统研制

介绍大信号负载牵引测试简况、负载牵引测试的目的和意义、本系统的主要技术指标、技术途径和方案选择、测试软件流程图、测试结果举例，简述本课题的关键技术及主要工作，以及保证测试系统稳定可靠工作所采取的措施。最后进行了误差分析，介绍了应用实例。     

遥测帧同步最佳锁定方法

在遥测数据流存在误码的情况下 ,针对锁定帧同步的算法 ,给出如何求出该算法中最佳参数的方法 ,提出“平均入锁时间最小”是确定这些参数的重要依据。另外再综合考虑其它实际因素 ,给出 16位和 2 4位帧同步码对应的最佳参数。     

基于人工神经网络的反射器型面精度预测

基于人工神经网络的预测方法,利用数量适当的有限元计算结果,建立人工神经网络模型,对反射器型面进行精度预测分析,得到在最小型面精度结果下的结构设计参数。计算结果显示训练好的神经网络模型能够较精确地预测格栅反射器的型面精度,节省计算时间,并且以型面精度最小为准则进行参数分析,能够指导反射器的结构设计。     

基于力矩输出能力最优的SGCMG操纵律设计

为使SGCMG系统在有效回避奇异的同时能够较精确地输出期望力矩, 设计了一种基于力矩输出能力最优原理的SGCMG联合操纵律. 根据期望力矩矢量及SGCMG力矩输出的几何关系, 提出了新的系统奇异状态指标, 给出使力矩输出能力最优的框架角速度; 引入优化指标, 使得框架转速误差和输出力矩误差的混合二次型最小, 保证在力矩输出能力达到最优的同时也使得输出力矩误差最小. 采用奇异值分解理论证明了联合操纵律在奇异面处不存在框架锁定现象, 能够有效地逃离奇异, 同时分析了所设计操纵律的力矩输出误差. 以金字塔构型SGCMG系统为例, 对所设计的联合操纵律分别进行了恒定力矩仿真和卫星大角度机动仿真. 仿真结果表明, 联合操纵律能够顺利回避角动量奇异面, 不存在奇异鲁棒操纵律存在的框架锁定现象, 且输出力矩误差较非对角奇异鲁棒操纵律小, 能够顺利完成航天器大角度机动任务.      

基于多体分析的对接机构结构锁动力学仿真研究

分析了周边式空间对接机构结构锁的执行机构的特点，以及运用现有动力学分析软件解决此问题的困难；继而采用多体动力学建模方法，建立了结构锁执行机构的动力学模型，并针对本模型的特殊性采用了变步长的广义坐标分块求解算法；最后通过求解模型得到了机构的动力学特性曲线，证明了滚珠丝杆和弹簧复合机构作为结构锁执行部件是可行的．     

一种航天器用先导级电磁阀的新型结构设计

提出了一种新型两位三通结构的先导级电磁阀设计方案,由2组永磁体和3组控制线圈构造3条永磁锁位磁路和2条电磁偏置磁路,不仅实现了阀门的小型化结构和无功耗位置保持,而且提高了阀门的密封可靠性.这种阀门可以作为大推力发动机推进剂主阀的先导级控制阀,能够满足在轨长期应用的需求.通过电磁场有限元分析和产品样机试验的方法,对设计方案的可行性进行验证,验证结果表明新型先导级电磁阀的各项性能指标均达到设计目标.     

Correlation of GPS signal fades due to ionospheric scintillation for aviation applications

Deep and frequent Global Positioning System (GPS) signal fading due to strong ionospheric scintillation is a major concern for GPS-guided aviation in equatorial areas during high solar activity. A GPS aviation receiver may lose carrier tracking lock under deep fading, and a lost channel cannot be used for position calculation until lock is reestablished. Hence, frequent loss of lock due to frequent fading can significantly reduce the availability of GPS aviation. However, the geometric diversity of the satellites can mitigate scintillation impact on GPS aviation depending on the correlation level of deep fades between satellites. This paper proposes a metric to measure the correlation level of two fading channels from the perspective of GPS aviation. Using this metric, the satellite-to-satellite correlation is studied based on real scintillation data. The low satellite-to-satellite correlation shown in this paper envisions notable availability benefit from the geometric diversity of satellites under strong scintillation. In addition, this paper proposes a way to generate correlated fading processes with arbitrary correlation coefficients. Using this correlated fading process model, the availability of Localizer Performance with Vertical guidance (LPV)-200 under severe scintillation scenarios is analyzed. The result emphasizes the importance of a fast reacquisition capability of an aviation receiver after a brief outage, which is not currently mandated by the aviation receiver performance standards.     

比例伺服阀低液动力阀芯导流结构优化设计

本文研究了比例伺服阀的阀芯结构对液动力的影响,提出一种阀芯导流壁面优化设计方案。采用计算流体力学CFD的方法,建立滑动网格模型,分别对阀芯传统导流结构和优化设计后的导流结构进行数值模拟分析,并验证网格无关性。对阀芯所受稳态液动力进行数值求解,并分析不同优化设计方案对阀口处流体流动状态的影响。结果表明,优化设计后的阀腔内部流场分布更均匀,流动状态更平稳;阀芯内流道导流结构会改变阀口处的介质流向,进而改变进出口流体的水平方向上的动量差,补偿部分液动力;与传统方案相比,液动力最大补偿效果可达60%,显著降低了阀芯所受液动力干扰,有利于提升比例伺服阀的静动态控制性能。