超高压冷气推进系统压力调节模块性能仿真研究

以超高压冷气推进系统为研究背景,针对压力调节模块进行数值模拟研究。通过建立调压模块的流固耦合动力学数学模型,将其工作过程定义为填充、开机和关机三个阶段,得到了不同阶段的调压特性,以及节流孔直径和入口压力对压力调节模块不同阶段的影响规律。仿真结果表明:在不同的工作阶段,节流孔直径和入口压力的增加都使得稳压腔内压力升高,只是达到稳定的时间不同,同时阀芯位移变化也表现出一定的规律性,这都为压力调节模块的设计提供一定参考。     

基于单隐层神经网络的压电执行器非线性特征建模策略研究

研究了压电致动器的几种主要非线性特征的联合建模方案,其中包括迟滞、蠕变和温度漂移.提出了一个利用NARM AX模型的级联单隐层前馈神经网络以消除迟滞的影响,利用信息标准和误差缩减比算法确定对模型误差影响最大的几项回归因子作为网络的输入节点.实验表明,利用多网络泛化和正则化策略,网络在测试数据上的绝对误差可以下降到不高于±0.1 μm;通过将运行时间、温度传感器测量值和激励电压频率三项数据加入输入节点,可补偿蠕变和温度漂移导致的非线性因素,将最终在测试集上的绝对误差限制在±0.01 μm之内,且对于不同的激励电压频率具有良好的泛化能力.本文的研究成果对于多非线性耦合的压电执行器建模有一定的借鉴意义.     

助力“嫦娥”奔月——空间推进系统的发展与应用

<正>嫦娥四号探测器在2018年12月8日凌晨被送上太空后,并不是直接飞到了月球上,而是经过中途修正、近月制动、绕月飞行、环月降轨等几个过程,到2019年1月3日上午才着陆月背。这中间隔了二十多天,“嫦娥四号”是如何灵活地完成各项指令的呢?这就要感谢它身上安装的发动机们——空间推进系统了。重要作用空间推进系统是指在大气层外空间环境中使用的推进系统,是卫星、飞船、探测器等各种航天器的重要的分系统之一。它可以为航天器的轨道转移和定点提供推力,为深空探测航天器远距离航行提供动力,为航天器的位置保持、姿态控制提供控制力,同时也有着其他许多重要的作用。     

压电比例阀调节的氙气微推进系统流量特性仿真研究

基于压电比例阀驱动的氙气微推进系统是目前国际的发展趋势。压电比例阀作为该类型推进系统的核心组件,其性能将直接影响系统流量特性和推力。本文首先采用AMESim软件对某型氙气工作压力为0.3MPa的压电驱动氙气微推进系统进行建模,并对系统填充过程中的气瓶与减压阀工作特性进行分析。然后研究了不同减压阀反馈腔压力条件下的减压阀与压电比例阀的阀芯运动和氙气质量流量特性。最后,分析了压电比例阀驱动电压对开机过程中的压电比例阀阀针位移、氙气质量流量特性的影响规律。结果显示,压电比例阀阀针在通电后迅速开启,其最终的稳定升程为3.7μm。系统的氙气质量流量的稳定值为5.63mg/s。减压阀反馈腔内的氙气压力越大,压电比例阀开启后的氙气质量流量稳定值越大且响应时间越长。仿真结果表明,本次研究的氙气微推进系统可以通过改变驱动电压实现对氙气质量流量的线性调节,系统氙气质量流量可在较短时间内达到目标值。     

基于永磁体偏置磁场的高速响应电磁阀设计

为了提高螺管式电磁阀的开关响应速度,将永磁体置于电磁阀的磁路中,提供偏置磁场,可以降低电磁阀的有效磁导率,减小磁路电感,提高响应能力.通过有限元仿真的方法对该设计方案进行了验证,结果表明:采用偏置磁场的电磁阀磁路结构简单,响应性能突出,有利于推力器的脉冲工作性能提升,能够满足未来卫星平台精确控制的要求.     

空间极小推力宽范围可调推进技术研究进展

空间极小推力宽范围可调推进技术是高精度航天器重点支撑技术,其性能决定了高精度控制任务的成败.在分析了空间极小推力宽范围可调推进技术内涵的基础上,对典型的宽范围极小推力冷气推进技术、电推进技术进行了国内外研究情况分析.研究分析了空间极小推力宽范围可调推进技术中涉及到的关键技术,如极小推力模型及高精度闭环控制技术、高精度流量驱动控制技术、高精度流量测量技术、高精度极小推力测试技术.对空间极小推力宽范围可调推进技术的发展现状和发展趋势进行了总结,给出了我国空间极小推力宽范围可调推进技术的发展建议.首次全面、系统地对空间极小推力宽范围可调推进技术进行了综述、总结和展望.     

基于单隐层神经网络的压电执行器非线性特征建模策略研究

研究了压电致动器的几种主要非线性特征的联合建模方案,其中包括迟滞、蠕变和温度漂移.提出了一个利用NARM AX模型的级联单隐层前馈神经网络以消除迟滞的影响,利用信息标准和误差缩减比算法确定对模型误差影响最大的几项回归因子作为网络的输入节点.实验表明,利用多网络泛化和正则化策略,网络在测试数据上的绝对误差可以下降到不高于±0.1 μm;通过将运行时间、温度传感器测量值和激励电压频率三项数据加入输入节点,可补偿蠕变和温度漂移导致的非线性因素,将最终在测试集上的绝对误差限制在±0.01 μm之内,且对于不同的激励电压频率具有良好的泛化能力.本文的研究成果对于多非线性耦合的压电执行器建模有一定的借鉴意义.     

自增压式丁烷微推进系统建模与工作特性仿真研究

利用AMESim+AMESet建立了丁烷微推进系统一维仿真模型，该模型包含：考虑丁烷相变的自增压贮箱、稳压气容、PID控制的电加热推力器等组件.研究自增压贮箱、电磁阀、气容和推力器的静态工作特性，分析气容体积和推力器加热功率以及推力器扩张比对系统工作特性的影响，对丁烷推进系统的动态响应特性进行探讨.结果显示，自增压贮箱内流体在温控系统的控制下能够实现稳定的压力，在变目标推力时系统的响应较快，增加气容体积有利于提高系统工作稳定性.当前推进系统在稳定工作时的推力器最大质量流量为0.079 g/s，最大推力为102 mN.贮箱自增压过程中PID温控对贮箱内工质压力具有重要影响.无温控时，推进剂的持续流入和蒸发造成贮箱液体丁烷排空时的气容压力下降了19.5%；施加PID温度控制后，气容内工质压力稳定在0.302 MPa，工质温度会快速稳定在293.15 K附近.较大的气容体积能够让推力输出更稳定.通过电加热推力器腔体内的丁烷气体可以有效提高推力.推力器加热功率从0 W增加到30 W时，推力从92 mN增加到114 mN，比冲效率从76.2%增加到94.3%.     

固体微型推力器应用设计

为了使固体微型推力器阵列应用于微型卫星控制,须要解决推力器的布局设计以及推力器阵列设计问题。提出了一种以正六边形为基元的推力器阵列方法,研究了推力器阵列的特点及规律,进行了应用分析;研究了推力器阵列的最优布局方式,设计了一种基于解耦控制的推力器布局设计,分析了该布局下的冲量和冲量矩的包络面。以正六边形为基元的推力器阵列方式能够满足微型卫星姿轨控的需要,推力器分布规律性强,利于分配算法设计;采用正六面体方式的布局设计,其冲量和冲量矩包络面亦为正六面体。     

基于扭摆台架的动态推力测试方法研究

微纳卫星微推力器的性能测试,要求在诊断稳态推力和冲量的同时测量动态推力,为此开展动态推力测试方法研究。根据扭摆式台架的二阶质量-弹簧-阻尼系统模型及特点,提出通过静、动态砝码标定,进行扭摆台架的转动惯量、阻尼常数和弹簧系数等参数辨识。利用干涉式激光位移计实现对微小位移的高精度和高频响测量,系统的测量精度约为10nm,测试带宽500k Hz。建立了探测器的记录光强与微位移间的数学模型,获取台架微位移,通过对微位移进行一次、二次求导获得台架的速度和加速度信息,根据台架运动方程,实现动态推力测量。误差分析表明,稳态推力测试的最大绝对误差小于0.5mN,动态推力测试的最大误差约为0.58mN。利用落压式工作的微型冷气推力器开展验证试验,结果表明该测试方法能够实现动态推力测量要求,响应频率为50Hz。