一种基于3D打印技术的太赫兹天线设计

太赫兹天线工作频率高(100GHz～10THz),对加工、装配精度要求严苛。合理有效的天线结构设计是太赫兹天线工程化亟待解决的技术难题之一。文章结合型号研制了一套工作在93.9GHz的太赫兹天线,并采用3D打印技术,详细阐述了天线结构、各组成结构材料和关键点,并根据使用环境,对天线结构进行了验证和电性能测试。地面试验结果表明,整套天线满足各项指标要求,也验证了该天线结构设计的合理性和有效性。本设计的创新点是极小尺寸双反天线的3D打印设计与工艺,且工艺方法和设计思路具有普遍性。基于3D打印的太赫兹天线将在航天领域得到越来越广泛的应用。     

精密加工与超精加工机床的发展

控制系统的零部件的加工精度要求越来越高,所使用的材料及性能的技术要求不断变化,必须有超精密机床作保证。现就超精密机床的发展概况和动向,包括精度的提高、结构材料的革新、支承系统、主轴系统、环境条件等加以论证。     

四点球头反射镜支撑设计与分析

反射镜的支撑一直都是空间遥感相机的关键技术之一。为了能够获得较高的反射镜面形精度,文章针对离轴三反空间遥感相机,提出了一种四点球头反射镜的支撑方式。首先,在反射镜结构设计的基础上,介绍了四点球头反射镜支撑方式的原理以及支撑结构的组成;之后,对整个反射镜支撑结构中最重要的球头和支杆部分进行了详细设计;最后,使用Patran进行有限元模型前处理,使用Nastran求解,对反射镜组件的结构模态和各个工况下的反射镜面形精度进行仿真分析,得到的反射镜面形精度为1.6425nm,优于光学系统的指标要求。结果表明使用四点球头支撑方式的反射镜组件在保持较高刚度的基础上,能够获得较高的面形精度,证明了这种适用于长条型反射镜的支撑方式合理可行。     

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。     

充气式空间可展开天线结构概述

充气式空间可展开结构是国外空间结构领域研究的热点之一。当前,充气天线是充气式空间可展开结构研究的重点和主要应用方向。文章首先概述了充气天线的结构特点以及应用前景,然后介绍了充气天线的国外研究情况,最后对充气天线涉及的充气薄膜材料技术、充气薄膜材料硬化技术、充气和展开技术、型面精度的摄影测量方法、充气天线制造技术以及结构设计与分析技术等关键技术进行了分析。     

结构/机构一体化空间可展开复合材料]柔性伸杆的设计

为了满足空间探测的需求,文章提出一种结构/机构一体化空间可展开复合材料柔性伸杆设计。该伸杆以结构自身所包含的长通孔作为柔性关节,利用柔性关节的弯曲势能,实现其180°折叠展开功能。首先,研究影响该伸杆刚度和强度的主要设计参数,并综合考虑伸杆的制造工艺要求以及实际使用状态,确定了该伸杆的最终设计状态。然后,对该柔性伸杆的展开状态进行模态分析,并对其柔性关节进行折叠展开试验。最后,测量该柔性伸杆的重复折叠展开指向精度。模态分析结果表明：带探测计负载的伸杆展开状态的一阶频率为15.80Hz,二阶频率为17.22Hz,满足设计指标要求。折叠展开试验结果表明：伸杆柔性关节的折叠展开性能良好,满足设计要求。指向精度测量结果表明：伸杆重复折叠展开10次后,偏差角的6σ值为0.00828,重复折叠展开指向精度较高,满足使用要求。结构/机构一体化空间可展开复合材料柔性伸杆的结构设计方案合理可行,可适用于多种航天器及多类空间探测任务。     

一种弹载雷达干扰天线的结构设计

弹载雷达干扰机的天线要求体积小、宽频带、高增益,且耐受功率大,对天线的结构设计提出了更高的要求.对一种弹载大功率雷达干扰天线的结构设计特点进行了分析,从天线组成原理、馈电结构形式、材料选择、电磁场仿真分析等方面进行了详细描述.采用小型化、一体化的综合设计以适应弹载平台需要,并通过大功率辐射试验验证设计的正确性.     

一种Q/V频段天线馈源组件差模耦合器加工工艺方法

Q/V频段天线馈源组件差模耦合器结构较复杂,呈现集成化、小型化、多端口特点,对加工及装配精度要求较高,受现有工艺设备精度限制问题,加工难度较大.为利用现有工艺设备实现该产品封闭结构、多级小间隙配合、四通道精密对接加工及装配,介绍了一种Q/V频段天线馈源组件差模耦合器加工工艺方法.该方法基于工艺尺寸链理论,通过创新优化工艺尺寸链设计、修配法装配、交互式工艺流程设计等措施相结合,适当降低加工难度,利用现有设备可达精度进行加工,达到设计要求.该方法为类似具有多级装配且精度要求较高的产品工艺设计及结构设计提供新的思路.     

用于图像定位与配准的扫描辐射计扫描镜热变形模型研究

以某卫星扫描成像辐射计为研究对象,建立了扫描镜的热变形模型,并对模型进行了简化。模型应用结果表明,扫描镜镜面与扫描镜转轴需采用热特性接近的材料,通过增强仪器结构在Y向的刚度,能提高热变形模型的精度。用该模型获得的扫描镜热变形运动补偿(TMC)精度可满足卫星的使用要求。     

石英灯加热器热流场计算方法比较

石英灯辐射加热是航天飞行器结构热试验中使用最广泛的气动热模拟方式,获取石英灯加热器辐射流场对提升航天器结构热试验精度、评估试验结果和验证结构设计具有重要意义。文章结合石英灯加热器辐射热流场预示的特点,讨论几种辐射热流场计算模型的适用性,并通过理论、试验与仿真算例相结合的方法,对比分析几种辐射计算软件的计算精度和应用性,给出各计算软件的应用策略,可为试验热环境的准确快速获取提供参考。     

高速无刷直流电机在磁悬浮惯性执行机构中的应用研究进展

为了满足新一代卫星平台高精度、高稳定度的需求,研制了一种磁悬浮惯性执行机构用功耗低、精度高、体积小、重量轻的高速无刷直流电机,提出了多约束条件下电机定子结构和转子磁体结构的设计优化原则及方法,并就高精度的锁相速度控制以及铁耗和转矩脉动的抑制方法进行了研究.对比分析了国内外高速永磁无刷直流电机在磁悬浮惯性执行机构中的应用研究现状,指明了所提出的设计原则和控制方法对提高磁悬浮惯性执行机构整体性能的有效性.     

空间对接机构螺旋电缆设计

对一种用于空间对接机构的螺旋电缆设计进行了研究。介绍了电缆的材料选择、结构设计和生产制造工艺。给出了材料蠕变、伸缩性能和空间环境等试验结果,均符合设计要求,并成功地用于神舟八、九、十号飞船与天宫一号目标飞行器的空间交会对接。应用情况表明:该电缆的结构紧凑,伸缩性能良好,满足低轨空间环境使用要求。     

液体火箭发动机复合材料机架初步设计研究

针对液体火箭发动机承力机架,开展复合材料机架的初步设计及探索应用研究。通过对原金属机架结构设计特点分析,提出了一种碳纤维增强复合材料机架的设计方案,并对其进行了力学性能预测及设计参数影响分析等方面研究工作;最后,采用有限元软件ANSYS的APDL语言开发了复合材料机架的计算程序,该程序基于损伤累积理论,包含结构应力分析、材料的失效判断及材料的性能退化3个主要循环过程,通过仿真手段模拟了在载荷增加过程中结构内部产生损伤,并逐渐累积直至破坏的整个过程。仿真分析结果表明:复合材料的应用可在满足原机架强度、刚度和稳定性等设计要求基础上,相对于原结构实现了50%的减重。     

月球取样返回器回收半实物仿真系统研究

月球取样返回器回收半实物仿真系统是通过模拟返回器取压孔附近压力环境,将回收程控装置硬件实物接入仿真系统并构成实时仿真回路的半实物仿真平台。文章介绍了月球取样返回器回收半实物仿真系统的研制意义,对系统总体结构和设计方案、网络环境、运行流程和新的设计特点进行概括,在面向对象的基础上建立了分阶段的月球取样返回器降落伞回收系统整个工作过程的动力学模型,利用空投试验测量数据对模型的仿真精度进行验证分析,并对半实物仿真系统的实时性和压力模拟精度进行了分析。结果表明,半实物仿真系统的各项技术参数均达到设计指标,可为中国探月工程三期中月球取样返回器回收分系统的可靠性评估提供重要的技术支持。     

DDS中实现波形压缩的一种方法

直接数字频率合成(DDS)技术，被广泛应用于现代电子系统及设备的频率源设计中。将DDS设计下载到FPGA中，将使系统更为可靠。应用中如何利用有限的FPGA硬件资源，得到高速、高质的DDS是经常要面对的问题。在直接数字频率合成(DDS)设计中利用波形压缩节省FPGA资源。硬件测试证明，该方法可行并完全达到设计要求。     

尺寸高稳定性复合材料桁架结构的研制

介绍了某卫星复合材料桁架结构的研制情况,通过材料选择、铺层设计、材料的热膨胀系数测试与分析,制造了高精度的复合材料桁架,并测量了结构的热变形。测量结果表明:采用高模量碳纤维复合材料能够制造出热变形只有微米级的高稳定结构。这是针对超稳卫星平台所需的尺寸高稳定性结构的首次成功探索。文章最后对进一步降低结构热变形、提高尺寸稳定性和测量精度提出了建议。     

一种复杂曲面型遮光罩的成型技术

随着空间遥感技术的发展,遮光罩的结构形式也变得更加复杂和多样化。百叶罩是近年来出现的一种复杂曲面型空间遥感器遮光罩。在方案阶段,曾采用传统的金属材料制造百叶罩,但存在机械加工困难、尺寸精度低、振动试验受损等一系列技术问题。文章介绍了一种芳纶纤维增强树脂基复合材料百叶罩的成型技术,重点对材料选择、工艺方案、模具设计、铺叠方法等内容进行了讨论。研究结果表明：基于周向抱合式组合模具,采用一体化成型方法,能够实现类似复杂曲面型遮光罩的精密成型,产品具有较高的尺寸精度及力学性能,并满足空间遥感器系统的使用要求。     

航天复合材料压力容器研制技术

分析了航天复合材料压力容器技术指标特点。提出了容器金属内衬、增强纤维和树脂基体的选材要求。讨论了金属内衬全金属承压区、薄膜区、封头过渡区、封头/筒体界面、焊接区的结构设计方法,以及圆柱形、球形、近球形、椭球形、环形、锥形容器纤维缠绕复合材料壳体结构特点。简述了结构设计算法,以及包括疲劳寿命、应力断裂寿命、爆破前先泄漏(LBB)安全失效模式等容器安全设计的分析和试验方法。     

六自由度激励台精密高刚度铰链结构设计与试验应用

精密高刚度铰链作为六自由度并联激励平台中的关键组件,其性能高低对激励台的控制精度有直接影响。针对铰链所需满足的高刚度、高基频和无间隙等要求,文章提出了基于虎克铰结构的铰链设计方法。首先根据铰链所处的工况确定选用圆锥滚子轴承作为旋转支撑部件,并通过对轴承的配置和预紧实现无间隙振动运动的要求,从而确定了铰链结构形式。然后,利用有限元法校核了结构的刚度与基频,进而完成铰链结构方案和样机制造,并将样机集成于激励台中。最后,开展了铰链动态特性试验和激励台振动控制试验,分别获取了铰链的基频和激励台控制响应。结果表明,铰链可满足激励台工作频段内的使用要求,铰链设计合理。