未来月球及深空探测中的动力学环境问题

近年来,越来越多的空间机构将月球和深空探测作为未来空间探测的重点。未来随着深空探测任务复杂度的增加,其面临的动力学环境也更加复杂。文章分析了月球和深空探测过程中所面临的动力学问题,介绍了现有月球和深空探测中主要动力学环境试验的情况,最后提出了未来月球和深空探测所面临的动力学环境模拟挑战和建议。     

模拟月尘BHLD20改进研究

为提高模拟月尘仿真度,对BHLD20进行了改进研究:通过引入斜长石作为原料之一制备模拟月尘,进一步逼近月尘真实组成;通过使用马弗炉制备胶结质及其它玻璃相,提高成熟度;通过湿法砂磨一步制备超细模拟月尘,使其与月尘粒度吻合;通过使用分散剂消除模拟月尘微粒团聚,还原真实粒度。以此研制出的模拟月尘BHLD20具有较高仿真度,其中值粒径285 nm,落于阿波罗月尘样品粒度区间内,微粒形貌多样且包含胶结质玻璃相,主要化学成分与大部分阿波罗月尘样品接近。     

气膜孔形状对高超声速飞行器对撞流气膜冷却效果的影响

文章通过仿真分析手段研究飞行高度50 km、飞行马赫数15的飞行条件下,不同孔型对对撞流的影响,得到不同孔型对气膜冷却效果的影响规律。采用计算流体动力学(CFD)方法,对在入口压力0.5 MPa、质量流量22.5 g/s的稳定短模态(SPM)工作模态下,气膜孔为圆柱直孔、收缩孔、连续扩张孔、分段扩张孔等工况开展对比研究,结果显示,扩张孔气膜冷却的壁面热流最大,圆柱孔的次之,收缩孔的最小。这表明,通过改变对撞流气膜孔的形状可以改变气流流动特性,进而产生不同的气膜冷却效果,在SPM工作模态下收缩孔的气膜冷却效果最好。     

管道测压系统频率响应研究

准确测量模型表面的脉动压力对于研究建筑物表面风荷载具有重要的意义.在实验室中通常采用管道系统和传感器对物体表面压力进行测量.然而,模型表面的压力信号通过管道系统后会在幅值和相位两方面发生畸变.在管路系统中加限流器能在很大程度上改善管路系统的频率响应特性.笔者应用Tijdeman的管道频率响应理论进行了不同管子和限流器尺寸参数组合的计算,并且进行了系统的对比实验.结果表明:计算和实验结果符合良好,文中进而讨论了有关参数对管路系统频率响应特性的影响.结果对如何正确测量建筑物表面脉动压力提供了一种有效的方法.     

首都博物馆新馆挑檐结构的平均风压研究

以首都博物馆新馆为例,通过风洞模拟实验研究了平屋盖大跨度挑檐结构上装有百叶结构时的平均风荷载特性,给出了屋盖整体及挑檐结构上不同风向角的压力分布规律.文中特别讨论了百叶结构对挑檐上平均风压分布的影响.结果表明:在挑檐前檐安装百叶结构对挑檐结构风压的影响非常大.在不利风向角,百叶结构能有效减小挑檐结构上表面的负压.这些结论对类似结构的抗风设计具有一定的指导意义.     

模拟月壤力学性质的试验和仿真研究

文章通过常规3轴试验对某模拟月壤的本构特性进行了研究,根据3轴试验结果获得了模拟月壤的duncan-chang模型参数,在abaqus软件平台上通过umat子程序实现了duncan-chang模型在模拟月壤分析中的应用,并进行了相应的试验验证.之后,文章就内摩擦角、粘聚力参数变化时模拟月壤剪切变形关系的变化及低围压下自重应力对模拟月壤性质的影响进行了仿真分析,结果发现和内摩擦角、粘聚力等参数相比,初始自重应力对模拟月壤的剪切特性影响不大.     

多用途飞船返回舱虚拟振动试验研究

利用虚拟振动试验软件系统、多用途飞船返回舱的有限元模型和"神舟一号"返回舱的历史试验数据,对多用途飞船返回舱进行虚拟正弦和随机振动试验,考核了返回舱经受动力学环境的能力,研究发现设计方案在一阶共振区响应过大,存在较大的设计缺陷,经过多次迭代优化设计后的模型满足设计要求。研究结果为多用途飞船返回舱的设计和优化提供了依据。     

月球车刚性车轮与模拟月壤相互作用有限元仿真和试验验证

根据三轴试验结果获得了模拟月壤的模型参数,在ABAQUS中基于修正的Drucker Prager Cap弹塑性模型建立了模拟月壤的仿真模型,并通过仿真的压板沉陷试验对试验测到的模型参数进行校正,然后基于该模型对月球车刚性车轮和模拟月壤的相互作用进行了仿真分析和试验验证,结果发现牵引力的计算结果在低滑转率下和试验结果复合较好,而在高滑转率下,计算结果偏大。最后对不同土壤自重下单个月球车车轮的牵引性能变化进行了仿真分析,发现单是土壤自重的变化对车轮牵引性能影响不明显。     

应用经验模态分解的箱型结构裂纹诊断方法

为获得航天器结构的更多故障信息,文章提出了一种应用经验模态分解对一个两层箱型结构进行裂纹故障诊断的方法。先对该结构进行有限元建模和模态分析,发现结构有无故障均对模态的影响非常小;再对实际结构进行正弦振动试验,对振动响应信号进行经验模态分解,利用固有模态函数构造标识向量,提取用标识向量间的标识夹角作为诊断结构故障的指标。分析结果表明,结合施加给结构的主振方向,利用标识夹角能识别出裂纹的位置和方向。该方法为航天器结构故障的诊断提供了一种新的思路。