空间机械臂关节维修性设计与验证

空间机械臂维修性对机械臂可靠性和长寿命具有非常重要的意义。在研究国际空间站机械臂在轨维护维修任务和关节产品特点的基础上,结合中国空间站机械臂特点,设计了一种四方协同作业3次出舱的机械臂关节维修方案,通过搭建虚拟维修仿真平台开展了维修仿真验证,完成了模拟维修场景下机械臂关节的维修试验,充分验证了机械臂关节维修的可操作性、可达性、可视性、安全性和流程合理性。     

空间站维修性系统设计与验证方法研究

空间站在轨运行时间长,因此需采用维修性设计和在轨维修的方法实现长寿命高可靠在轨运行。根据维修性设计理论,结合工程实际,提出了基于产品特性分析的维修需求分析方法和维修支持下的可靠度计算方法。明确了系统维修性设计应包括布局、供电、信息、故障检测、维修工作模式等设计内容。并根据维修难度,提出了四级维修策略。最后根据在轨维修特点,提出了地面试验验证和仿真验证的方法。为空间站系统维修性设计提供了一个技术途径。     

国外载人航天器维修性标准综述

为保证中国空间站在轨长寿命、高可靠运行,达到10年以上的运行寿命,对维修性设计、分析、验证及在轨维修工作提出了迫切需求。通过对国外载人航天器维修性相关标准进行调研和系统分析,对GPQ-MAN-04《国际空间站有效载荷以安全性为中心的维修性(维修手册)》、GPQ-MAN-05《国际空间站有效载荷在轨维修以安全性为中心的方法——维修计划指南》、JSC-48513-4A《国际空间站维修&维修小组(MRG)在轨飞行维修手册》、GPQ-010《有效载荷项目的产品保证要求及其附录》及相关5个附录等重要国外维修性标准进行系统研究及解读,并对中国载人航天器维修性标准的制定进行了展望。     

空间站机械臂关节快速连接装置设计与验证

为满足空间站机械臂在轨维修需求,实现在轨故障单机快速从整臂中分离,设计了一种通用快速连接装置。该装置在满足空间站机械臂高刚度、大承载要求的前提下,具有空间环境下操作力矩小、操作简便、拆装迅速的特点。快速连接装置由快速连接母组件和快速连接公组件两部分组成,两组件通过膨胀螺栓膨胀施加预紧力实现锁紧,组件对接过程中通过楔形结构配合实现导向和定位。该快速连接装置通过刚度测试、真空高低温环境下膨胀螺栓插拔以及航天员地面人机工效等验证,结果表明该装置可满足空间站机械臂使用要求与在轨维修需求。     

空间机械臂技术综述及展望

介绍了国外空间机械臂在轨技术验证与工程应用的概况,从任务类型、构型配置、末端执行器与操作方式方面分析了空间机械臂技术的发展趋势。综述了空间机械臂的任务规划、系统控制、路径规划、视觉感知、末端执行器、遥操作控制及地面试验验证7项关键技术。介绍了中国试验七号与天宫二号空间机械臂在轨验证情况,重点介绍了正在研制的中国空间站机械臂基本方案。最后,总结了目前空间机械臂技术存在的问题,并对中国未来空间机械臂技术发展提出了建议。     

民用飞机虚拟维修可达性技术研究

结合民用飞机维修性设计的要求和特点,将虚拟现实技术引入到飞机维修性设计、分析与验证工作中,阐述了虚拟维修仿真的流程。通过可视性分析、实体可达分析、操作空间分析,给出了虚拟维修的可达性验证方法,实现设计中的维修性设计评价,从中找出影响维修性设计的因素进而及时改进,以提高整机维修性。     

面向空间机械臂任务验证的硬件在环半物理仿真系统研究

针对空间机械臂在轨任务进行高保真地面仿真和验证的需求,搭建了空间机械臂操作任务验证平台(MTVF)系统。该系统基于硬件在环技术,将空间机械臂动力学仿真模型、两台地面模拟机械臂和测量系统通过实时仿真计算机实现软硬件的整合,具有响应速度快、跟踪精度高的特点。开发了闭环稳定算法和阻抗控制算法以保证MTVF系统的高保真性能,并通过搭建仿真计算模型以及设计地面试验等方法对MTVF系统的性能进行验证,结果表明,该系统能够反映真实微重力环境下空间机械臂的动力学特性,能够实现对真实微重力环境下的空间机械臂在轨操作任务进行高保真的地面试验和验证。     

多关节脚限位装置机构设计与仿真分析

对在空间微重力环境下,通过连接空间机械臂来固定和支撑航天员在轨维修操作的多关节脚限位器装置进行研究。多关节脚限位器装置限制航天服的靴子防止航天员脱离脚限位器,同时为航天员在轨维修操作提供多个自由度的调节范围。对多关节脚限位器装置的多关节结构进行设计与分析,针对某些特定动作进行运动学仿真,并进行试验验证。此外,还对关节运动范围进行了分析,使用Adams软件对载荷限制单元防冲击载荷与缓慢变化载荷的能力进行了仿真分析。     

机器人航天员精细操作方法及在轨验证

针对航天员舱外活动风险与空间探索的效率问题,建立了具有双臂手的机器人航天员系统。该机器人航天员由多自由度机械臂、仿人灵巧手及具有双目视觉系统的头部等构成,具有位置、力矩、视觉等多种感知功能。为了验证机器人航天员及在轨人机协同关键技术,在空间微重力环境下与航天员配合完成多种演示验证试验,为空间机器人辅助或配合航天员开展在轨维修积累了经验和数据。     

空间机械臂三维全物理地面试验方法研究

空间机械臂为七自由度冗余机械臂,在轨操作任务和对象多样,空间运动轨迹复杂,性能受重力影响明显;地面模拟零重力环境、支持空间机械臂三维运动一直是地面试验的难点.提出了一种空间机械臂零重力模拟试验方法,利用气足悬浮+悬吊的方法实现了空间机械臂三维空间、七自由度运动的全物理地面模拟,地面试验验证了此零重力模拟方法的有效性.     

Research on Maintainability Evaluation Model Based on Fuzzy Theory

分析了产品维修性影响属性,给出了维修性属性值与权重的确定方法;提出了基于相对接近度的维修性模糊评价方法。以虚拟环境下产品维修过程为研究对象,在分析产品各可更换单元的维修作业的基础上,建立了产品维修性评价模型。最后结合民机主起落架系统给出了应用实例,结果表明该模型适用于产品维修性的定性评价并且能够支持维修性并行设计。     

基于抽样评分法的民用飞机电源系统维修性预计

民用飞机维修性的好坏直接影响到市场竞争力,是民用飞机成功运营的关键因素之一。维修性预计是民用飞机研制过程中维修性设计的主要工作之一,能够评价设计是否满足维修性要求。抽样评分法作为维修性预计的方法之一,具有样本量小、预计简便、设计初始阶段即可应用的优点。电源系统为飞机的所有用电设备供电,其维修性的好坏直接影响机载设备能否正常运行,对整机的维修性设计起着关键作用。对抽样评分法展开研究,并根据民用飞机维修性设计现状,量化了维修要求的人为因素评分核对表,对抽样评分方法进行了优化。通过抽样评分法对某机型电源系统的维修性进行了预计,评价是否达到维修性设计要求。最后阐述了抽样评分法在民用飞机维修性设计过程中的重要性。     

基于虚拟维修的民机可达性设计缺陷分析方法

民机研制过程中,可达性设计要求贯彻不到位,可能会导致飞机存在某些方面的设计缺陷,并在投入运营后不断暴露,影响维修经济性。随着虚拟现实技术和人工智能技术的不断发展,利用虚拟维修技术,通过构建逼真的虚拟环境来对虚拟样机进行维修性分析,能够在研制阶段开展维修性设计评价。由此从民机可达性设计的角度出发,综合考虑维修区域可达性、维修人员可达性、维修工具可达性、维修部件可达性、部件细部可达性五个方面,给出可达性分析结果判据,建立了可达性设计缺陷分析方法,实现研制过程中的可达性设计评价,及时找到设计缺陷并改进,提高飞机维修性。最后以某型飞机电源设备为对象,利用此方法开展了维修可达性分析,给出了应用实例,验证了此方法的可行性。     

民用飞机维修性参数选取和指标确定方法研究

民用飞机维修性参数选取和指标确定是维修性设计的基础工作之一,为了反映出民用飞机的维修性、运营费用和维修人力等方面的目标,需要选择合适的维修性参数并确定维修性指标。国产民用飞机由于缺少研制经验和设计资料,无法使用成熟方法进行维修性参数选取和指标确定,针对这一问题进行研究。结合民用飞机的设计特点阐述了民用飞机维修性参数的选取方法,通过综合权衡民用飞机设计中各影响因素和维修性参数有效性,从与维修时间相关、与维修工时相关、与维修成本相关的三类参数中选取适当的民用飞机维修性参数。针对民用飞机设计现状,明确维修性指标的确定依据和具有实用性的方法,以使民用飞机具有良好的维修性。解决了国产民用飞机维修性参数选取和指标确定工作无参考依据的问题,为民用飞机维修性参数选取和指标确定提供了一条可行途径。     

一种新的民用飞机维修性分配方法

在民用飞机维修性设计中,维修性指标分配是一个重要环节。合理的分配维修性指标,可以使民机各系统在设计过程中省钱省力。在民机初步设计阶段,针对维修分配输入不足,首先利用层次分析法对维修性分配因素进行筛选,再运用模糊数学理论中的综合评判方法,综合考虑多方面的模糊因素,提出了基于设计特性模糊综合的维修性分配模型。最后,结合工程实例利用该方法对维修性指标进行了分配应用,结果表明该方法可用来指导民用飞机各系统的维修性设计工作,达到了维修性分配目的。     

民机电气线路互联系统(EWIS)维修性设计研究

依照将EWIS 作为飞机独立功能系统的研制理念,从型号工程实践中出发,分析明确了飞机运营中EWIS 的计划和非计划维修工作任务,并在此基础上创新性地提出了针对EWIS 维修性设计的定性要求、结合EWIS组件的设计特点提出了以EDZ 为对象进行维修性设计要求分解的方法,以及型号研制中开展EWIS 的维修性分析与评估验证的方法。     

大型客机维修成本优化研究

在设计初期通过加强可靠性设计与维修性设计降低大型客机直接维修成本(DMC),是提高大型客机经济性的有效途径。本文建立了基于可靠性设计参数和维修性设计参数的大型客机维修成本模型,采用协同优化方法对可靠性和维修性设计参数进行协同优化,寻求降低维修成本的满意设计参数。通过对维修成本模型中的设计参数的优化,给出了协同优化方法进行复杂的大型客机维修成本设计优化的一般思路。并用大型客机起落架系统的直接维修成本优化算例验证了协同优化算法解决大型客机维修成本优化问题的有效性。     

军用飞机维修性评价数字化平台方案构建及应用

维修性设计是军用飞机保障特性设计重要工作之一,随着数字化设计手段的广泛应用,为适应军用飞机数字化设计平台环境,满足维修性设计评价的型号工作需求,本文以数字化产品系统为基础,构建了包括产品数字化设计、维修任务仿真、维修性分析评价为一体的维修性评价平台。针对某型飞机光电探测设备整体组件拆装情况,依据构建的维修性评价数字化平台实际工作流程,本文最后介绍了在飞机设计阶段,如何开展对光电探测设备整体组件拆装的维修性验证评价。