空间大型结构体组装接口设计及装配性能分析

为满足超大型(公里级)空间结构在轨组装的需求,设计了一种全新的空间大型结构体组装接口并对其装配性能进行了详细的分析。首先,详细设计了一种纯机械式双锁定组装接口。其次,通过建立接口运动学模型,对组装接口的容差性能进行了分析,得出 X 方向容差为14.25 mm, Z 方向容差为15.84 mm,绕 X,Y,Z 三个轴的角度容差分别为5.65°、5.51°和5.34°。最后,对对接接口进行了ADAMS仿真分析,验证了容差分析的正确性,得到了对接机构接触力与静摩擦系数、机械臂推力、碰撞锥角之间的非线性影响关系,为空间对接机构的设计奠定了基础。     

异体同构连接分离装置设计与分析

针对在轨服务与维护的航天器需要在轨多次对接与分离的问题,面向微小卫星在轨重复连接分离的技术需求,提出一种新型的异体同构式连接分离装置方案,可实现对接机构主动端与被动端的无差别使用.介绍了异体同构式连接分离装置的原理、组成,给出了该装置的两种导向容差构型方案,并比较了两种导向容差构型的优缺点,最后介绍了两瓣式容差构型的实...     

航天器舱外载荷适配器技术综述

航天器舱外载荷适配器是一种轻小型空间对接机构,根据操作方式分为被动式和主动式两大类。文章介绍了日本设备调换装置(EEU)、美国飞行可释放连接机械装置(FRAM)等国内外舱外载荷适配器,总结了其引导定位、机械锁紧和电连接的功能实现方式。针对空间机械臂操作、人机工效学存在的无法精确定位和驱动力不足的问题,分析了舱外载荷适配器的工作模式、关键部件、地面试验等关键技术和解决措施。针对未来我国先进载荷任务需求,提出了开展功能强大、承载能力强的主动式适配器研究建议;针对大型高轨航天器,提出了开展被动式适配器技术研究建议。     

包带式星箭连接结构轴向刚度研究

包带锁紧装置广泛用于卫星和运载火箭之间的连接。在发射过程中,它起到连接星箭和传递载荷的作用,合理地确定包带连接结构的强度和刚度对卫星的成功发射至关重要。给出包带连接结构轴向刚度与包带结构参数、预紧力以及轴向拉力之间的关系,提高包带连接结构刚度预测的精确性。首先对包带连接结构各组件的受力情况进行分析;根据各组件受力特点,应用弹性力学理论推导了一定轴向拉力范围内包带连接结构的变形及刚度的解析表达式;最后,针对某型包带锁紧装置与有限元仿真结果进行对比,验证了分析方法和解析表达式的正确性。
     

新型柔索式杆束结构压紧释放装置

针对空间机械臂、空间可展开天线等空间机构在收拢状态的杆束结构压紧与释放问题,提出一种基于柔性索捆绑压紧与热刀释放的新型压紧释放装置。建立了柔索式压紧释放装置锁紧状态的力学模型,分析了静态压紧和考虑惯性载荷情况下的绳索预紧力变化情况,得到了满足可靠压紧的绳索预紧力设计值。基于质量和刚度等效,设计了机械臂杆束结构力学等效件,并进行了正弦与随机振动力学试验。试验结果验证了所设计的柔索式杆束结构压紧释放装置的可行性,并可以推广到具有复杂包络的杆束结构压紧释放中。     

一种卫星低频接口自动测试系统

针对卫星低频接口测试主要依靠人工操作,导致接口测试自动化程度低,测试效率不高,测试受主观因素影响大的问题,通过对现有测试工具和测试方法的分析,并充分考虑系统的可靠性和安全性,设计了一种卫星低频接口自动测试系统。该系统包括一套硬件设备和一套控制软件,硬件设备与星上电缆通过转接电缆连接后,在控制软件的控制下自动完成星上电缆中所有待测点的接口测试工作。测试结果表明:测试效率提高了50%;系统规范了低频接口测试流程,并有效降低了测试人员的劳动强度。     

宇宙飞船推进系统用双锁隔离阀

Marrota 科技管理实业有限公司已设计出一种独特的高性能的锁紧隔离阀,称做双锁隔离阀,该阀能可靠地隔离可贮存推进剂和具有一定压力的气体,而且可以做为推进器阀门在长时间持续燃烧的电弧喷气发动机上使用,如电加热推进装置和固体推进装置。或者在串联复式开关推进装置中做上游阀门.Marrota 双锁致动器采用稀土永磁材料,阀门在锁紧位置(关闭和打开)不需要继续通电。该双锁阀门的特点是无滑动配合,电位置指示器和累积的背压卸荷,阀门结构简单、价格低廉,本文阐述了该阀新颖的设计方法.     

一种舱段快速连接结构设计及承载能力分析

设计了一种新型的舱段间连接装置，分析了其在轴向力载荷作用下的受力情况，并以相对滑动作为失效判据给出了预紧力的计算方法，在此基础上分析了卡箍倾角、摩擦系数以及预紧力等对该结构承载能力的影响。研究结果表明：直径为1 200 mm的连接结构能够满足1 000 kN 轴拉载荷下的使用要求。卡箍与壳体配合面倾角、摩擦系数以及预紧力等均会对该连接结构的承载能力产生影响，其中预紧力的影响主要表现为预紧力增大，卡箍与上下壳体对接面的压力增大，产生的摩擦力增大，因此其轴向承载能力增大。此外，随着配合面倾角增大以及摩擦系数的减小，则会导致该连接装置承载能力产生显著下降。     

卫星垂直方向充退磁线圈设计新方法

文章提出采用电连接器对接安装方式设计卫星垂直方向充退磁线圈设备,可使卫星磁试验过程中去除吊装作业,大大提高其安全性。根据该思路进行线圈组位置布局及电性能参数的分析设计,然后完成充退磁线圈设备的结构设计和静力学有限元分析。在北京卫星环境工程研究所的CM2试验室内,研制完成的充退磁线圈设备已经在多颗卫星磁试验中获得很好地应用,它具有制造工艺简单、节省材料、操作安全方便等特点。     

适应高温隔热屏安装的卫星1194A接口质测适配器设计

为了优化某卫星的发射场总装和测试流程,避免反复装拆高温隔热屏或在卫星加注后安装高温隔热屏的高难度操作,文章提出了一种适用于1194A接口卫星的适配方案。经过对安装高温隔热屏的卫星与质测适配器的接口尺寸分析,以及对相关操作流程的分析和对比,设计了1194A接口的工艺转接环;经静力学分析和公差设计,解决了高温隔热屏下缘伸出卫星对接框下侧而与质测适配器发生干涉的问题。该适配器在某型号卫星上应用后,质测结果的称重精度为0.5 kg,力矩测量精度为0.2 kg·m,满足技术要求。     

表面带电对航天员出舱活动的影响及对策分析

根据我国某载人航天器在轨飞行时的空间环境和航天器表面带电的机理,对航天器表面带电进行了仿真,并对结构切割地磁场的感应电势进行计算。在此基础上,分析了表面带电对航天员出舱的影响,以及出舱安全性防护措施,计算出主动电位控制系统最大发射电流。研究结果可为航天员出舱安全防护提供参考。     

运载火箭发射场无人值守加注发射技术研究

针对我国火箭在发射场射前操作项目多、保障人员多的问题，分析了国内外火箭发射场无人值守加注发射的现状。结合火箭射前状态，从火箭系统、地面测发控系统和发射场系统等方面提出了无人值守加注发射总体方案，通过火箭状态远程监测及故障处理技术、连接器零秒脱落技术、箭地接口组合连接技术、连接器自动对接技术和火工品自动短路保护与解保技术等关键技术研究，可提高人员和产品的安全性，为后续我国火箭实现无人值守加注发射提供参考。     

基于约束运动理论的航天员舱外救生中的姿态运动控制

航天员舱外救生或作业时相对母体航天器经常要进行大角度姿态机动或姿态保持,利 用欧拉四元数描述姿态无奇异性且冗余度小。然而航天员舱外调姿时通常含有一定的约束或 是沿着某种预定轨迹,而且欧拉四元数在计算过程中可能发散。基于Udwadia和Kalaba 提出的约束运动理论,分析了航天员和航天器的相对姿态的描述方法,直接用四元数对航天 员的姿态进行动力学建模,将四元数2范数为1的约束加入到动力学方程里。利用该约束运动 理论推导和仿真了航天员姿态欧拉角奇异时的姿态跟踪控制方法。该控制方法对航天员肢体 变化引起的转动惯量等参数的改变具有鲁棒性,能通过平衡解稳定参数的选取方便地对控制 系统的性能进行调节,且计算量小。
     

神舟飞船出舱活动故障模式和对策的设计与实践

根据出舱活动任务及程序安排,以确保航天员安全和提高出舱活动任务可靠性为原则,提出了飞行事件时域、空域分析与出舱活动故障树分析（FTA）和失效模式与影响分析（FMEA）结果相结合的设计方法,完成了我国出舱活动飞行任务故障模式与对策。所设计的多种出舱活动故障模式与对策,覆盖了出舱活动飞行任务可能发生的各种情况,经出舱活动飞行试验验证,故障模式设计及对策设计合理,有力保证了神舟七号飞船出舱活动的圆满成功,具有工程实用价值。     

舱外航天服的工效学问题及其研究方法

阐述了舱外航天服在航天员出舱活动(EVA)过程中的作用、舱外航天服工效设计对保障航天员生命安全和EVA质量的意义，以及航天服设计必须考虑的各类因素。并在此基础上探讨了航天服设计研究的主要手段与方法，强调了现阶段利用虚拟人体进行舱外航天服工效学分析的可行性。     

基于感应耦合式无线能量传输的 微纳聚合体航天器电源系统设计与验证

微纳聚合体航天器是一种以机械或电磁锁紧机构实现各模块化基本单元航天器连接的新型航天器架构,可以灵活实现在轨组装与自重构以满足不同任务需求。但是,基于传统电连接器的电气互联方式无法适应模块化航天器间灵活交汇对接与快速分离需求。针对上述问题,文章建立了基于感应耦合式双向无线能量传输的微纳聚合体航天器电源系统架构,根据地面演示验证需求分别设计了能源核航天器和载荷任务航天器电源系统参数,然后根据各模块化航天器间非接触供电需求,设计了双向无线能量传输单元参数,最后通过地面演示试验验证了基于双向无线能量传输的微纳聚合体航天器电源系统架构可行性,单级无线能量传输功率在20W~30W时传输效率稳定在75.8%以上,通过效率优化提升至95%以上,将可实现四个基本单元航天器的多级功率传输。     

高压管路快速连接件设计与应用

管路连接操作在液体火箭发动机组件液流试验中非常频繁,为了提高试验效率、降低试验过程中密封件的损耗,需要将现用的连接方式进行改进,而高压快速连接接头在国内市场并没有成品。因此,结合实际操作对液流试验用的连接接头进行了重新设计,并经过不断改进和验证,达到了快速、可靠的连接目的。     

卫星对接环减振装置设计与验证

针对相同平台卫星不能满足多种运载力学环境的问题,设计了一种对接环减振装置并进行了试验验证。首先通过分析卫星对接环功能特点,结合金属橡胶材料减振方式,设计了对接环减振装置,构建了卫星-对接环减振系统的动力学模型;然后通过正弦与随机振动试验验证了设计的有效性;其次,将对接环减振装置进行了有限元分析,将有限元分析结果与试验结果进行对比,验证了分析模型的正确性;最后,将所设计的对接环减振装置应用于环境减灾二号(HJ-2)卫星中,通过整星动力学分析验证了该装置的应用效果。     

基于Lagrange方法的航天员舱外活动计算机仿真

在比较各种地面微重力模拟设备的优缺点的基础上，阐述了计算机动态仿真航天员舱外活动(EVA，Extra Vehicular Activity)的必要性。简要的概述了应用计算多刚体系统动力学对EVA进行仿真的步骤。描述了拉格朗日方程在仿真过程中的应用，建立了用于仿真的动力学方程。选取典型的EVA，得出了描述该EVA系统运动的拉格朗日动力学方程。利用反向运动学和反向动力学对该EVA进行了仿真计算，并对结果进行了分析。     

航天员舱外相对航天器运动轨迹摄动研究

用轨道根数描述载人航天器运动,在其轨道坐标系(LVLH)中,建立了含地球J2项引力和大气阻力摄动加速度的航天员质心相对航天器的运动模型。在参考轨道存在小偏心率时,对基于圆参考轨道假设推导的航天器编队飞行的线性时变系统状态矩阵进行了修正。仿真结果表明:对偏心率为0.002的航天器轨道,修正后模型所得航天员相对轨迹摄动量在离舱300 s后达到0.8%,是修正前模型的5倍,但计算量增加不超过5%,更适于航天员舱外飞行和近距离编队飞行建模。