虚拟仿真技术在载人航天器总装工艺设计中的应用

文章基于载人航天器总装工艺设计中虚拟仿真原理及应用体系,以“天宫一号”目标飞行器总装工艺设计为背景,对载人航天器虚拟总装环境的建立过程和方法进行了具体描述。对基于仿真的总装工艺规划以及总装工艺方案仿真分析的概念、目的、方法、工具和应用对象进行了阐释,对虚拟仿真技术在总装操作现场和在总装工装优化设计中的应用方法进行了论述并给出了具体实例。实际应用表明,虚拟仿真技术可以降低工艺设计人员对个人经验的依赖,提高工艺设计的效率和优化程度。     

载人航天器舱外在轨维修设计与实现

在航天员的参与下,载人航天器舱外设备的维修更换给航天器的长寿命运行提供了途径。为此,文章提出适用于舱外在轨维修的技术解决途径,以载人航天器舱外摄像机为例,对摄像机标志、操作机械接口、电接口、航天员抓握、防飘等方面进行了维修性设计。对我国载人航天器舱外摄像机的维修过程开展仿真和在轨维修试验,验证了舱外摄像机维修设计的正确性和合理性。该设计可为我国载人航天器设备的维修性设计提供参考。     

载人航天器在轨维修地面仿真验证技术

为满足载人航天器型号对微重力和真空环境下的维修性仿真验证需求,文章提出并实现了一种混合式仿真验证平台。阐述了在轨维修仿真验证平台整体构架,建立了航天员模型、航天服模型及舱体维修模型,给出了在轨微重力和真空环境下进行维修的可视性、可达性及维修操作时间的仿真验证方法。利用该平台对在轨维修任务进行仿真验证,结果表明,该平台可以有效仿真和验证在轨维修,为维修性设计和优化提供了手段。     

虚拟人体建模技术及其在载人航天中的应用(下)

三、应用领域显而易见,虚拟人体在载人航天中的应用主要是用于载人航天器系统的人-机界面方案设计的评价或者航天员在失重环境下完成任务时的动作编排、设计与训练,具体有:(1)航天器人-机界面的设计。如前所述,航天员是整个载人飞行器系统的核心,是控制者与决策者。系统的设计与环境因素的确定必须满足航天员的生活与工作要求。通过嵌入虚拟人体,可以完成空间布局与航天员的匹配性、视域航天员的视域分析以及对控制器设计的工效学仿真评价。例如,在进行空间布局与航天员的匹配性仿真评价时,由于必须充分考虑人的使用特点及任务需要,就可以设…     

载人航天器密封舱内管路设备维修设计与验证

载人航天器密封舱内配置大量的气、液管路设备,实现管路设备的在轨维修,对于提高长期在轨飞行载人航天器的安全性及使用寿命具有重要意义。文章对某载人航天器再生生保管路设备在轨维修性进行了设计,经地面充分验证后,航天员在轨完成了管路设备维修操作,结果表明本文提出的管路设备在轨维修设计正确、有效,可为载人航天器其他在轨维修设计提供参考。     

基于虚拟仿真技术的探月工程二期航天器总装工艺设计

文章基于虚拟仿真技术在航天器总装工艺设计中的应用,以探月工程二期“嫦娥三号”的总装工艺设计为对象,对航天器虚拟总装环境的建立过程和方法进行了具体描述,对虚拟仿真技术在总装工艺流程设计、实施方案设计、工装优化设计以及人机工效分析等几个方面的应用进行实施效果评价。结果表明,虚拟仿真技术有助于航天器总装工艺方案和流程设计的优化,能增强工艺设计的可实施性,提高地面支持设备设计的合理性,并可降低工艺设计过程对工艺人员个人经验的依赖。     

载人航天器电动兼手动舱门的研究

舱门是载人航天器的重要组成部分,在分析了国内外载人航天器舱门特点的基础上,提出了电动兼手动操作的舱门锁紧与开锁机构方案,设计了电动／手动切换机构,进行了舱门机构运动学仿真。仿真结果与理论分析结果基本吻合。该电动兼手动舱门的研究对于载人航天器出舱活动(EVA)和交会对接(RVD)舱门技术发展具有促进作用。     

多舱段载人航天器空气环境控制系统性能分析

建立了一种多舱段载人航天器空气环境控制系统性能集成仿真分析模型,包括舱体模块、乘员模块、舱压控制模块、温湿度控制模块和CO2净化模块,并对两舱段载人航天器空气环境控制系统性能进行了计算分析。结果表明,舱间通风传热能力较差,造成组合体温湿度水平超出指标范围,而舱间通风传质能力较强,可实现氧分压水平和CO2分压水平的集中控制。提出了一种控制系统改进方案,在非主控舱段增设控温系统改善组合体空气温度水平,仿真结果表明,控制系统改进后组合体各空气环境参数均满足设计要求。该工作有助于加快载人航天器空气环境控制系统的设计和改进流程。     

基于在轨可维修性的载人航天器配电系统设计

配电系统是载人航天器的电能传输网络,故障严酷度等级高,在故障模式分析的基础上合理设计遥测点及控制点可以实现其在轨维修,这对提高载人航天器的可靠性和寿命具有重要意义。文章以载人航天器配电系统的基本单元为例,从实现可维修的角度对配电系统基本单元拓扑结构的每个环节进行详细设计,包括故障诊断与定位、故障隔离与系统重构、维修流程与安全性设计3个方面,并对其可靠性进行分析。文章提出的维修性设计,能够从系统工程的角度对载人航天器系统设计进行优化,按设计要点提前规划平台资源使用情况,从而实现配电系统维修性与平台资源使用之间的平衡,对载人航天器配电系统可维修性设计具有一定借鉴意义。     

针对海南文昌发射场的载人航天器盐雾效应试验及防护方法

空间站工程大吨位载人航天器均在海南文昌发射场发射,面临盐雾效应这个新的环境要素。文章针对海南文昌发射场盐雾环境对载人航天器的影响开展分析和验证工作,研究文昌发射场盐雾水平,分析盐雾效应产生机理和常规盐雾模拟试验方法,针对载人航天器测发流程特点提出主动盐雾防护与盐雾效应摸底试验相结合的工程方法。基于盐雾效应机理总结提出的盐雾效应筛查表格可指导开展沿海地区发射航天器的盐雾防护设计和敏感因素筛查。     

基于联合仿真技术的虚拟振动试验平台建设

对电动振动台机电耦合系统进行辨识,通过Amesim软件建立了电动振动台的机电耦合模型,在Virtual.lab软件中建立了振动台与试验件的刚柔耦合模型,借助Matlab/Simulink软件建立了振动台的控制系统,最终基于联合仿真技术建立起了闭环虚拟振动台的正弦扫描振动试验平台。通过算例研究,表明所建立的虚拟振动试验平台能够很好地实现对试验件的正弦扫描振动试验,并能够实现仿真结果在Virtual.lab中的可视化。     

多维虚拟振动试验系统设计及应用

虚拟振动试验能在产品设计阶段对其进行结构动力学分析和振动环境预评估,缩短产品研制周期,节省研制费用.本文完成了振动台机电耦合建模、刚体建模、试件有限元建模和闭环控制系统设计,建立了三维虚拟振动试验系统,开展了一维和三维正弦扫描虚拟振动试验技术研究.仿真结果表明：振动台机电耦合模型的频率特性与实际振动台的试验数据吻合;激振方向会对试件的加速度响应产生显著影响;与一维振动试验结果相比,多维虚拟振动试验不仅能明显提高故障激发效率,而且可以激发试件的高阶局部模态,使其高频段内的最大动应力曲线出现多个较高峰值且幅值增幅明显.     

虚拟试验技术在双点激励随机振动试验中的应用

多点激励振动试验的实施较为复杂。文章研究应用虚拟试验技术在试验前进行试验方案设计及优化的方法。以双点激励虚拟随机振动试验系统为例进行虚拟试验,以及试验方案的优化;并将双点激励实物试验结果与虚拟试验结果进行对比分析。结果显示虚拟试验结果准确可靠,试验方案设计合理有效。     

固体火箭发动机虚拟样机集成设计环境

为支持固体火箭发动机基于虚拟样机的设计技术,提出了固体火箭发动机虚拟样机集成设计环境软件架构。介绍了支持固体火箭发动机虚拟样机的集成设计环境(SRM IDE),该环境集成了发动机设计常用软件和商用软件,以项目管理为中心,采用分布式体系结构,支持分布在异地的设计人员协同构建发动机虚拟原型和协同仿真,以及发动机设计过程中文档、数据、流程、产品结构及资源等的管理。     

一种行星探测应用的可量测虚拟现实环境构建方法

提出了一种基于行星探测巡视器地面图像和高分辨率卫星图像的可量测虚拟现实环境构建方法。根据巡视器在不同方位角、高度角获取的立体图像,经过圆柱投影、自动匹配和无缝拼接生成360°全景图像。同时开发了从全景图像到原始图像的反算功能,使用户可直接在全景图像上进行量测,从原始立体像对上得到三维地形信息。三维可量测全景图像与基于NASA的World Wind的星球浏览器进行无缝集成,为行星探测应用提供了可量测虚拟现实环境,实现了从垂直视角卫星图像到地面水平视角巡视器图像的一体化量测。     

Learning relative directions between landmarks in a desktop virtual environment

This study presents two experiments that examine howindividuals learn relative directions betweenlandmarks in a desktop virtual environment. Subjectswere presented snapshot images of different virtualenvironments containing distinguishing landmarks anda road network. Following the presentation of eachvirtual environment, subjects were given a relativedirection test. The relative direction test involvedindicating the direction of hidden landmarks fromdifferent vantage points in the environment. Half ofthese vantage points were presented during thelearning phase, while the other half were novel.Results showed that subjects learned relativedirections between landmarks equally well when sceneswere presented in either a sequential or random order.Furthermore, viewing a configuration of landmarks ina desktop virtual environment from multipleperspectives produced a viewpoint dependentrepresentation in memory. Subjects had significantlygreater response times for new viewing perspectives,as compared to previously viewed scenes. Thisviewpoint dependent representation of the environmentpersisted despite learning under conditions ofspatio-temporal discontinuity and changes to anenvironmental frame of reference.     

基于工作流的液体火箭发动机虚拟试验流程管理

以液体火箭发动机虚拟试验为对象,研究了数字化试验流程管理的解决方案。通过分析发动机虚拟试验流程,建立了基于工作流的试验管理系统过程仿真模型,提出了一个支撑整个试验管理系统的层次化体系架构。该架构为整个虚拟试验过程提供了统一的试验信息集成平台和应用服务环境。最后,以试验准备阶段为例,给出了该系统的一个集成应用,介绍了基于图形管理系统的实现过程,得到了过程中资源消耗优化的结论。所提出的液体火箭发动机虚拟试验流程管理体系为真实试验的资源优化提供了理论依据,在航天领域的数字化试验方面进行了探索性研究。     

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。