基于数据驱动的运载火箭贮箱故障诊断方法研究

以运载火箭贮箱为研究对象,提出了一种基于数据驱动的贮箱故障诊断方法。根据贮箱的结构组成特点和制造流程,分析贮箱制造关键故障模式,建立故障源特征库;通过关键产品特性分析,确定贮箱的故障特征监控点;建立线性回归的故障源检测分析模型,利用线性最小偏差估计方法处理小样本采样数据,根据贡献度和敏感度分析检测故障源;最后针对检测出的故障源进行单值回归预控法分析,实现对故障源的持续监测。     

第二代表面张力贮箱的研究与应用进展

为了对国外新型卫星推进剂贮箱的研究动态进行跟踪，对第二代表面张力贮箱的研究与应用进展做了阐述。首先对比了不同类型推进剂贮箱的特点，在此基础上，从试验研究、数值模拟和实际应用三个角度对第：二代表面张力贮箱——以板式结构为主的表面张力贮箱的发展做了综述。研究表明，国际上已经对第二代表面张力贮箱的性能做了大量的数值模拟和搭载试验，如今第二代表面张力贮箱已经成为当今国际大型卫星推进剂贮箱的主流。这为新型卫星推进剂贮箱的研究指明方向并提供有价值的参考。     

运载贮箱用2219类铝合金的电子束焊

介绍了22类铝合金及其在运载贮箱中的应用。详细论述了2219的电子束焊接特点,接头性能及装配和重熔对接头质量的影响等,提出在贮箱结构生产中应用电子束焊接,可以充分发挥材料潜力、提高贮箱技术性能和可靠性,针对大型贮箱中的直线焊缝、环形焊缝、圆形（包括鞍形）焊缝可采用局部真空电子束焊接。     

MESSENGER飞船推进剂贮箱的设计与制造

基于MESSENGER飞船的需要,开展了一种新型超轻贮箱的设计、制造和试验工作,整个过程分方案论证、分析与设计以及制造与试验三个阶段.第一阶段考虑了50多种贮箱结构,反复分析后确定了一种最有效的方案;第二阶段致力于防漩器、防晃板和贮箱壳体的设计与分析,包括用缩尺模拟试验确定防晃板的数目、尺寸与安装位置、防漩器和防晃板的载荷分析与结构分析以及壳体应力与断裂力学分析;第三阶段制造了一个鉴定试验用贮箱(以下简称试验贮箱)和四个飞行贮箱(三个飞行、一个备用).贮箱壳体、防漩器和防晃板分别采用固溶处理和时效(STA)的6AL-4V钛合金材料、6AL-4V钛合金板和退火6AL-4V钛合金环.壳体由四条周向焊缝连接,其中两条焊缝具有STA特性,另外两条经过退火处理.五个贮箱采用相同的工序和工艺.试验贮箱必须经过正弦和随机振动试验的品质检验,该检验项目还包括具有破坏性的爆破压力试验.所有飞行贮箱在清理和交货之前要经过模拟飞行试验.飞行贮箱包括附属组件在内不得超过9kg.超轻贮箱对于MESSENGER飞船计划的成功将起到至关重要的作用.     

主结构与贮箱共承力航天器推进平台设计

航天器推进平台轻量化设计是提升航天器任务效率和优化系统性能的重要突破口。目前,通用推进平台的贮箱极少参与推进平台承载,推进平台需要通过辅助承力构件将贮箱载荷传递至主结构,降低了推进平台的承载效率。为此提出了一种主结构与贮箱共承力的推进平台构型,新研表面张力贮箱通过嵌入安装的方式安装在承力筒侧壁,并通过对承力筒主结构开展变刚度设计,实现对贮箱承载量级的合理控制。以某卫星型号的研制需求为例,基于Nastran软件对其推进平台的结构设计参数进行了优化设计,并开展仿真分析和试验验证。研究结果表明,主结构与贮箱共承力推进平台力学性能与通用推进平台相当,但推进平台干重占比可降至13.6%,可有效提升推进平台的整体效率。研究结果可作为大型航天器推进平台设计参考。     

碳纤维复合材料贮箱内压和低温承载行为研究

碳纤维增强聚合物复合材料具有轻质高强的优异特性,是液氢液氧燃料贮箱的理想材料。然而液氢液氧燃料贮箱在服役时要承受极低温度载荷,复合材料贮箱箱体的低温结构可靠性尚未可知。开展了碳纤维/环氧复合材料缠绕贮箱结构在温度和内压载荷下的变形及损伤研究,分别进行了常温/低温抗渗漏测试,结合应变测量、声发射监测、氦质谱检漏等方法分别研究了内压以及低温工况对复合材料贮箱的应变分布及损伤泄漏状态影响机制。研究结果表明,封头与圆筒区域交界处易产生应变集中,低温载荷导致复合材料局部小幅度基体损伤及纤维/基体界面脱粘,但并未影响贮箱箱体承压性能和气密性。本研究可为未来大型航天器减质设计提供参考。     

一种超大直径贮箱筒段壁板铣切工装的设计与应用

为实现某型号超大直径贮箱筒段壁板内部网格加强筋及外轮廓的卧式径向铣切加工,采用分体组合式结构及真空吸盘减振系统等新型设计方法研制了一种大型壁板铣切工装,结合五轴龙门铣床实现了超大直径贮箱筒段壁板产品加工。结果表明:该工装采用的设计方法有效地控制了加工过程中铣切振动,保证了大型壁板类零件加工精度和加工质量,并且可减少设备研发成本,为后续型号大型制造装备自主研发提供技术参考。     

运载火箭贮箱结构产品化研究与实践

产品化是实现运载火箭箭体结构“高质量、高效率、高效益”发展的有效举措。贮箱结构是箭体结构的重要组成部分,本文以此为切入点,分析贮箱结构特点和产品现状,提出了“架构—平台—型谱—货架”的贮箱结构产品化思路和“主结构平台化,零组件货架化,货架数字化”的产品发展理念,在贮箱φ2.25m、φ3.35m模块平台建设和零组件货架建设两方面进行了成功实践,为运载火箭结构产业布局及其他产品化工作提供思路。     

贮箱容积偏差及测量精度分析

贮箱一般采用称重法进行容积测量,但测量值与理论设计值偏差较大。分析了贮箱在生产制造、液压试验、介质加注、称重、容积计算和变形等环节出现偏差的原因。通过贮箱计算实例分析了各环节偏差大小,提出了减小偏差的对策,并对贮箱容积测量提出了改进方案。     

H-2B运载火箭贮箱制造技术与应用

为了提高H-2B火箭推进剂贮箱结构的可靠性,三菱重工在H-2B火箭燃料箱上采用了两种新技术,一是贮箱上采用搅拌摩擦焊(FSW);另一个是采用旋压的方法使箱底整体成形。文中介绍了H-2B运载火箭贮箱制造的两种新技术开发的成果和今后的开发计划。     

Development tests of LOX/LH2 tank for H-I launch vehicle

H-I is a future launch vehicle of Japan with a capability of placing more than 550 kg payload into a geostationary orbit. The National Space Development Agency of Japan (NASDA) is now directing its efforts to the final development of H-I launch vehicle. H-I's high launch capability is attained by adopting a newly developed second stage with a LOX/LH₂ propulsion system. The second stage propulsion system consists of a tank and an engine. The tank is 2.5 m in diameter and 5.7 m in length and contains 8.7 tons of propellants. This tank is an integral tank with a common bulkhead which separates the tank into forward LH₂ tank and aft LOX tank. The tank is made of 2219 aluminum alloy and is insulated with sprayed polyurethane foam. The common bulkhead is made of FRP honeycomb core and aluminium alloy surface sheets.The most critical item in the development of the tank is the common bulkhead, therefore the cryogenic structural test was carried out to verify the structural integrity of the bulkhead. The structural integrity of the whole LOX/LH₂ tank was verified by the cryogenic structural test of a sub-scale tank and the room temperature structural test of a prototype tank.     

交会对接载人飞船返回舱结构优化设计

为减轻飞船返回舱结构重量、使结构形式更为合理,对返回舱主要部件进行了结构优化设计。在不降低结构可靠性、满足与其他设备接口匹配性等4项优化原则的基础上,合理选取优化对象,确定了优化目的和约束条件,并以前端框、滚动发动机舱和贮箱隔舱3个主要部件为例分别进行阐述。通过优化设计,3个主要部件的结构重量减轻了0.25～10kg,...     

可重复使用运载器结构健康监测技术研究进展

系统梳理了国内外针对可重复使用航天运载器开展的结构健康监测技术研究工作情况,并针对其中的关键技术问题,包括热防护系统连接松动检测、低温贮箱健康监测、结构冲击监测、在轨试验验证进行了详细讨论,总结了国内外的研究现状、技术能力以及发展趋势,指出了结构健康监测系统实际部署中的技术需求,为今后可重复使用运载器结构健康监测系统的实际应用提供借鉴。     

用多维模态理论分析航天器贮箱液体有限幅晃动力

首次将多维模态理论应用到求解航天工程中常见的圆柱贮箱液体非线性晃动问题中。针对贮箱作水平横向运动，根据Narirrmnov-Moiseev的三阶渐近假设关系，通过选取主导模态以及确定它们的阶次关系，将一般形式的无穷维模态系统降为5维渐近模态系统。在模态系统基础之上，推导出了液体作用于贮箱壁的力的简洁表达式。数值仿真结果表明，相对于线性晃动理论结果，有限幅晃动液体将对贮箱壁产生更大的横向作用力，同时对贮箱底部还作用有明显的纵向力。可将此公式应用于工程实际问题中部分充液贮箱液体有限幅晃动力的估算。     

高压储气罐有限元分析

本文以ANSYS软件为基础,对高压长圆柱形天然气储运罐进行变形分析、应力分析,得到了储气罐的应力分布状态,分析了在壁厚方向及沿着罐壁方向上的应力变化。所得结果和理论结果吻合。此基础上,完成了气罐模态分析,得到了气罐的各阶固有频率及振型。计算结果表明计算方法有效,为进一步设计高压气罐提供了理论依据。     

新一代运载火箭增压技术研究

随着新一代运载火箭研制的开展,新型120t级高压补燃液氧煤油发动机将得到广泛的使用,该发动机采用的推进剂贮箱增压系统设计被列为新一代运载火箭研制的重大关键技术之一。在对国内外主要液体运载火箭增压方案进行分析的基础上对120t级液氧煤油发动机的贮箱增压系统进行了研究,提出了液氧贮箱采用压力传感器与电磁阀组合的常温氦气加温增压,煤油贮箱采用压力传感器与电磁阀组合的常温氦气增压方案,并针对液氧贮箱采用常温氦气加温增压的方案开展了理论分析和全尺寸系统级试验研究。理论分析和试验结果表明,该增压方案可行。     

某试验台LH2贮箱气体置换过程数值模拟

首先应用C#软件编制贮箱气体置换计算程序,用该程序对不同N2、H2充气压力和放气终压对贮箱置换的影响进行分析,通过对比分析得出最优置换方案;其次利用FLU—ENT软件对某运载火箭发动机动力系统试验LH2贮箱气体置换过程进行数值计算,包括N2充气置换、H2充气置换和LH2贮箱缩比尺寸和全尺寸数值计算。对H2置换过程中不同...     

低温贮箱多路管道增压的一种模糊算法研究

火箭发动机地面试验中,低温推进剂贮箱增压过程的传热、传质以及湍流流动过程十分复杂。贮箱增压系统具有非线性、时间滞后、参数变化不确定等特点,对增压系统难以建立精确的数学模型。因此,以低温推进剂贮箱内压力稳定为目的,提出了采用多路、不同直径管道增压的模糊控制方案;应用模糊控制算法中的最大隶属度法进行解模糊化,制定增压管路的模糊控制表,建立了以压力为控制变量的模糊控制器。分别对预增压过程和保持增压过程的两种工况进行了仿真。仿真结果表明：模糊控制算法能有效提高推进剂贮箱中压力调节的控制精度和响应速度,使得离开贮箱的推进剂压力稳定地满足发动机泵入口的压力和净吸程要求。