弹性空间机械臂动力学与控制

安装在航天器上的空间机械臂为轻质细长杆，固有的结构弹性对系统动力学及控制有明显的影响，它不仅影响抓手的工作精度，还可能导致载体一机械臂整个系统失去稳定性[1]．因此，对弹性空间机械臂系统的动力学与控制问题必须加以深入研究．地面固定基座多杆弹性机械臂动力学、逆动力学及控制问题已有许多研究，如Gawronsld等[2]在假设杆件弹性小变形、转动角速度比其固有频率小得多以及刚、弹性模型非线性项相同的前提下，得到控制方法．Cehnkunt等[3]导出了可忽略结构弹性的控制器带宽，以及自适应控制算法可实现的工作区间．文献[4，5]讨…     

空间冗余机械臂零反作用最优路径规划

自由漂浮空间机械臂运动通过力传递会对其载体航天器产生反作用力和力矩,从而影响基座和末端执行器的位置与方向。利用冗余机械臂的反作用零空间,求解对基座航天器姿态零干扰的机械臂运动规律的解析解。给定机械臂初始和终端状态,考虑最大关节角约束和最大关节角加速度约束,分别针对时间最优和沿整个运动路径关节加速度最小的问题,采用高斯伪谱法,在零反作用轨迹解集中寻找满足约束方程的最优解。所得最优解使得机械臂在达到期望构型的同时不影响基座姿态。将算法用于平面3自由度冗余机械臂系统中,仿真结果表明:算法在保证基座姿态稳定的同时,关节运动满足给定的约束条件,从而验证了算法的有效性。     

三类气动导纳数值识别方法的适应性研究

针对气动导纳函数的数值识别方法,借助于CFD,在简谐脉动来流、湍流和竖向阶跃来流下对平板断面和箱梁断面的导纳函数函数进行研究。首先,在无断面存在的空流域内详细研究了简谐脉动来流、湍流和竖向阶跃来流的传播特性及其数值计算方法。其次,对有断面存在的情况进行了数值计算。最后,识别得到了平板断面和箱梁断面在三种不同来流下的气动导纳函数。结果表明:对平板断面,三种方法识别得到的气动导纳函数与Sears函数吻合良好,验证了三种数值计算方法的可行性;对箱梁断面,简谐来流和湍流下识别的气动导纳差别不大。相比之下,完全基于线性叠加原理的阶跃来流方法产生了实质性的偏差,表明该法不宜用于钝体断面。计算效率方面,湍流的计算效率适中且对任意断面适用;简谐脉动来流的计算效率最低,适用于气动导纳与风场无关和弱相关的断面;竖向阶跃流方法具有计算时间短的优势,但它仅能用于气动导纳与风场完全无关的断面。     

支线飞机综合飞行仿真平台设计

针对支线飞机机械操纵系统的特点,设计了由模块化的功能单元组成的综合飞行仿真平台,可以实现机械操纵系统数字仿真,在支线飞机的设计与制造中有着重要的应用价值,此平台通过改进还可用于支线飞机的试飞科目训练,从而降低试飞风险并缩短研制周期。     

《航空动力学报》征稿简则

《航空动力学报》是中国航空学会主办、北京航空航天大学承办的学术性期刊(月刊)。本刊坚持"创新性、实用性、科学性"的编辑方针,主要刊登航空航天发动机的原理与设计、气动热力学、叶轮机械、燃烧学、传热传质、强度与振动、自动控制、机械传动、实验技术以及热动力工程等方面的最新科技成果。     

稀薄大气下机械展开式再入飞行器气动特性研究

以机械展开式再入飞行器为研究对象,采用DSMC(直接蒙特卡洛模拟)方法计算分析了其在稀薄大气环境下的气动特性.讨论了飞行器在不同高度下的流场特性和升阻及配平特性,结果表明飞行器流场及受力特性对大气稀薄程度显示出较强的敏感性;进一步分析了连续流过渡至稀薄大气下飞行器的阻力系数,得出了随着来流Knudsen数增加,大气稀薄效应逐渐显现,传统的CFD方法已不再适用于描述流动特征的结论,同时给出了依据来流Knudsen数大小采取CFD和DSMC方法分别进行计算分析的建议.     

基于观测几何方法的星间链路天线转动总寿命需求分析

星间链路机械可移波束天线的转动总寿命需求是进行天线设计的重要依据。文章提出了一种基于观测几何的仿真方法,实现了航天器运动、航天器姿态控制、天线双轴转动相结合的仿真,同时避免了复杂的动力学仿真,并以某Walker-δ星座星间链路机械可移波束天线为例进行了分析,得出了较为准确的天线双轴转动总寿命需求,可用于长寿命高可靠性设计、制定具体的寿命试验方案等。该方法也适用于其他类型星座或其他依靠机械双轴实现指向跟踪的星间链路终端设备。     

用于捕获轨迹风洞试验的三自由度转角头设计

设计了用于FL-12风洞捕获轨迹试验的三自由度转角头装置，该装置为机电一体化设备。介绍了三自由度转角头装置的结构设计，控制系统设计，驱动元件的选型计算及校核，并对装置进行了静力学与动力学分析以验证设计结果。结果表明，和现有装置相比，该三自由度转角头在俯仰和偏航方向的载荷能力均由100N·m提升至250N·m，可控制精度由0.1°提升至0.05°，在滚转方向的载荷能力由10N·m提升至20N·m，可控制精度由0.1°提升至0.05°。通过对试验装置风洞适用性的研究，在设计中对驱动元件及线缆的结构、整流装置的外形、装置总体尺寸等进行了优化，改善了现有设备线缆外露，外形整流性能较差以及风洞堵塞比较大等问题。     

弹片热机械疲劳试验方法研究及设计

针对弹片的热机械疲劳（TMF）试验要求，采用机械设计技术、机电技术、冷却技术、计算机技术和数据采集技术，提出了压力载荷和热载荷的加载方法，建立了2种载荷5个试验件的并联试验控制系统，并设计了弹片热机械疲劳试验器。试验结果表明:该系统能够同时模拟服役环境下弹片的压力载荷和热载荷。利用该试验系统进行了弹片的热机械疲劳试验，试验结果再现了弹片在服役状态下的失效模式。试验系统具有良好的重复度、较高的加载频率和加载精度。压力载荷最大相对误差为2.4%，绝对误差小于0.5N。温度载荷最大相对误差为3.55%，最大绝对误差为3.89℃。