高超声速飞行器防热瓦结构的变厚度轻量化设计方法

针对非均匀气动加热条件下三维复杂防热瓦结构的轻量化需求，基于变厚度设计理念，发展了一种基于网格变形技术（ASD）和热固耦合分析相结合的防热瓦结构优化方法。优化结果表明，基于网格变形技术能够快速有效地解决优化过程中的网格自动更新问题，避免了网格重新划分的耗费及复杂结构网格重构的困难，并得到了光滑柔顺的厚度形状曲线；相比等厚设计，变厚度设计可以有效考虑载荷的非均匀效应，并极大地减轻结构重量；优化后可以更充分发挥防热瓦结构各层材料的承载能力。     

机载蒸发循环系统结构的轻量化设计

机械结构作为机载蒸发循环系统主要的支撑件,具有较大的质量并承受来自直升机的振动冲击作用,其结构性能影响着整个系统的正常功能,在保证足够强度和刚度的前提下,对结构进行轻量化设计具有重要的理论意义和实用价值。首先,采用ANSYS软件对机载蒸发循环系统进行有限元分析;然后,借助Pro/E与Ansys Workbench之间的双向参数实时传递功能,对结构进行参数化设计,在此基础上采用灵敏度分析法获取对模型优化目标影响较大的关键尺寸参数;最后,采用多目标遗传算法对结构进行优化设计。结果表明:在满足设计要求的前提下,结构质量比原来减少了24.4%,得到了最佳结构参数,实现了轻量化目的。     

Lightweight structure of a phase-change thermal controller based on lattice cells manufactured by SLM

Thermal controllers equipped with phase-change materials are widely used for maintaining the moderate temperatures of various electric devices used in spacecraft. Yet, the structures of amounts of thermal controllers add up to such a large value that restricts the employment of scientific devices due to the limit of rocket capacity. A lightweight structure of phase-change thermal controllers has been one of the main focuses of spacecraft design engineering. In this work, we design a lightweight phase-change thermal controller structure based on lattice cells. The structure is manufactured entirely with AlSi10 Mg by direct metal laser melting. The dimensions of the structure are 230 mm × 170 mm × 15 mm, and the mass is 190 g, which is 60% lighter than most traditional structures(500–600 g) with the same dimensions. The 3 D-printed structure can reduce the risk of leakage at soldering manufacture by a welding process. Whether the strength of the designed structure is sufficient is determined through mechanical analysis and experiments. Thermal test results show that the thermal capacity of the lattice-based thermal controller is increased by50% compared to that of traditional controllers with the same volume.     

高分辨率TDICCD相机轻量化技术

高分辨率可见光相机是航天侦察最重要的手段之一。随着用户对分辨率的要求不断提高 ,光学系统的焦距不断增长。长焦距TDICCD相机代表着长焦距传输型相机的发展方向 ,而焦距的增长意味着相机尺寸和质量的增加。文章介绍了国外轻量化技术的一些成果 ,从结构、材料、探测器等方面讨论了我国高分辨率相机轻量化的技术途径。     

嫦娥五号轻量化高精度上升器结构设计

针对嫦娥五号上升器结构面临的轻量化设计要求严苛、有效载荷接口精度要求极高和有效载荷指向变化预示精度要求很高的难题,提出至顶向下的结构轻量化设计方法,使得上升器结构自重降低到整器重量的6.2%(47.758 kg);建立压紧和精度保持功能分离、双坐标系分级实现高精度的结构设计方法,实现相关有效载荷的结构安装接口精度达到400 mm×400 mm区域平面度小于或者等于0.05 mm;探索出综合了有效载荷自身和安装结构耦合效应的有效载荷在轨指向变化预示方法,实现准确、高效、快速地对有效载荷指向变化进行角秒级高精度评估。这些方法支持完成中国月面无人自动采样返回任务,并最终促进中国航天器结构技术的发展。     

轻质刚性纳米隔热材料的制备与性能

针对高马赫数飞行器局部位置对刚性隔热材料的迫切需求,开展了轻质刚性纳米孔隔热材料的制备和性能研究。通过纤维分散、模压成型和纳米颗粒复合技术,成功制备出力学性能优良的刚性纳米孔隔热材料。研究了材料组成与力学性能、隔热性能和微观结构的关系。结果表明,采用刚性骨架增强的纳米孔隔热材料是相同密度下纤维毡增强隔热材料压缩强度的两倍;温度越高,隔热材料的压缩强度变化就越大。     

空间详查相机摇摆头反射镜轻量化分析研究

对空间详查相机摇摆头扫描式反射镜镜体多种轻量化方案(各种斜切角、减重掏孔位置、孔径变化、加肋厚度变化的组合情况),建立有限元数学模型;并分别对其进行了自重情况下的刚度分析计算,得到其位移场分布和变化;最后确定在其满足力学、光学性能和加工工艺前提下结构质量最轻的综合最优方案。     

含相变材料热防护结构一体化设计与试验

利用相变材料储热密度大、比热容高等优势，设计了一种含相变材料的新型一体化热防护结构(PCM-ITPS)，并通过数值计算分析了其隔热特性。结果表明，在一体化热防护结构底板处铺设相变材料可吸收热短路效应导入的过量热载，改善结构的隔热性能。然后设计并制备PCM-ITPS试验件，通过隔热性能测试试验对结构隔热特性进行验证。在此基础上进行热应力分析验证其承载性能，并以结构参数为设计变量，隔热和承载性能要求为约束条件，实现了PCM-ITPS结构的轻量化设计，优化后PCM-ITPS方案相对传统ITPS方案减重23.35%。以上工作为促进热防护系统的设计-制造一体化进程提供必要的理论储备与技术支持。     

运载火箭推力故障下在线计算轻量化任务重构方法

为了避免运载火箭推力下降故障引起发射任务失败,基于径向基神经网络,提出了一种在线计算轻量化的任务重构方法,可快速在线计算最优救援轨道对应飞行轨迹(最优轨迹)的近似解.在离线部分,结合凸优化与自适应配点法产生"故障状态-最优轨迹"数据集.数据集被用来训练径向基神经网络,建立轨迹决策模型来构建故障状态到最优轨迹的动力学关系...     

载人航天器主动热控系统热负荷布局优化

针对典型的含有低温内回路、中温内回路和外回路的载人航天器主动热控单相流体回路系统,研究了给定温度的热负荷布置在低温或中温内回路对系统总质量的影响,给出了根据热负荷温度和功率进行布置的原则。根据系统质量的数学模型和能量平衡关系,采用Lagrange乘子法对热控系统进行了轻量化建模和求解。结果表明,存在一个热负荷的临界温度使两种布置方案系统的总质量相等：热负荷温度低于该临界温度时,布置在低温内回路可使系统总质量更小,反之应当布置在中温内回路。热负荷布置在低温内回路还是中温内回路需要根据其温度和功率来选择。最后,对热负荷布置原则从换热温差分配的角度进行了定性上的分析。