圆形太阳翼模态仿真与试验研究

利用有限元软件SAMCEF实现了圆形太阳翼模态仿真分析，探究了翼面预紧力、约束方式和悬吊弹簧重力卸载系统对太阳翼模态的影响。结果显示，翼面预紧力对太阳翼模态影响较大；支撑车约束方式微小影响太阳翼第一阶模态；有支撑车相比无支撑车，太阳翼第一阶模态频率差值可达32.89%，因此地面试验不能使用支撑车；含悬吊弹簧重力卸载系统可有效减轻重力作用对模态的影响；此外，当弹簧刚度小于7 N/m时，其对太阳翼模态的影响小于0.59‰。随后，采用工作模态法和双点激振方式，经预试验优化地面试验方案；采用正弦扫频方法进行模态测试，获得了圆形太阳翼的前四阶模态振型和固有频率。最后，通过有限元模型修正，使模态仿真结果误差保持在4.16%以内，符合测试相关标准的要求。     

小卫星太阳电池阵结构声振响应分析研究

针对高频段太阳电池阵结构声振问题求解中的结构模态参数不确定性,文章从统计模态和能量平衡的角度出发,深入研究了复合材料面板太阳电池阵夹层结构的统计能量分析参数确定及功率流模型创建方法,并快速得到了太阳电池夹层结构的声振响应。对比分析与试验结果,发现二者吻合很好,因而验证了该声振响应分析方法用于小卫星太阳电池阵结构的有效性,并可作为小卫星工程研制中太阳电池阵结构动力学分析的有益补充。     

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。     

应用机器视觉的柔性卫星在轨模态辨识方法

针对柔性卫星在轨模态辨识问题,提出一种应用机器视觉对卫星大型柔性附件在轨受到激励时进行模态辨识的方法。通过对视觉系统进行在轨标定以获取辨识数据源,并考虑机器视觉引起的噪声大、高频模态辨识困难等问题,采用将信号增强与奇异熵降噪相结合的高频增强,剔除虚假模态以改进模态辨识效果。利用气浮平台进行全物理试验,以低幅随机激励模拟卫星在轨平稳运行状态,采用上述方法辨识得到卫星模态参数。试验结果表明:文章提出的方法工程易实现,高频增强后辨识度高,可用于柔性卫星在轨模态辨识。     

星载柔性可卷天线固有频率提升方法研究

柔性可卷天线是以卷曲方式收拢的新型可展天线,由于空间环境的复杂性,天线的动力学特性将直接影响其形状保持与形面精度,进而影响卫星的通信。针对天线展开后刚度不足的问题,采用有限元方法分析了天线的前两阶模态,对应的振型是阵面与伸展臂的耦合振动。为提升前两阶模态频率,从天线各组成部分的几何尺寸、材料等方面改变天线结构,发现天线整体的固有频率与伸展臂的刚度近似成线性关系,随柔性阵面的质量增大而降低。为此,结构加强的重点应放在伸展臂上,并优先选择轻质的阵面。此外,为避免悬臂式结构布局,提出了两种拉索设计方案,比较了拉索预紧力、拉索刚度对固有频率的影响,采用刚度足够大的拉索可使天线的固有频率提升至2Hz以上。     

卫星承力筒结构的模态试验方法探讨

文章详细阐述了某型号卫星承力筒结构的模态试验设计及试验实施过程中所取得的实践经验。采用单点随机激励法、两点随机激励法、单点步进正弦扫描激励法均能得出较准确的航天器结构主频。较好的办法是:为获取大型航天器结构的一阶主频,可先采用单点随机激励法得出结构主频,然后采用单点步进正弦扫描激励法进行数据结果的验证;为获取大型航天器结构的高阶模态参数或结构阻尼系数,应采用两点或两点以上的模态试验激励方法,使激励输入能量平均且更接近于航天器结构实际受力工况。文章中对承力筒结构模态试验设计及方法的探讨对大型航天器的结构模态试验具有借鉴作用。     

压紧杆式太阳翼自动化加载设备设计与验证

基于对国内外太阳翼压紧释放机构预紧实施的现状及存在问题的研究,开展设备小型化、轻量化、可视化设计,研制了一种电机驱动拉伸压紧杆的力反馈型自动化加载设备。该设备采用特制的夹紧接口,并利用凸轮原理解决了狭小空间内压紧杆的的夹紧难题;采用拉力传感器和力反馈系统等将太阳翼压紧杆预紧力施加精度控制在5%以内,有效地解决了预紧力加载的精度问题和自动预紧问题。为验证设备性能,开展了预紧力误差分析,设计了一套采用电阻应变片实时测量预紧力的方案,得出设备工作时预紧力的变化情况。试验结果表明,自动化加载设备不受人员技能水平的影响,绝对精度最大值为3.11%,单次加载时间小于1 min。     

基于振动试验的基板刚度测试

为获取太阳电池阵基板性能,通常在基板生产过程中同步制作随炉件,采用三点弯曲法测试随炉件刚度,进而间接判断基板的性能。但是由于外界因素的影响,该测试结果难以反映基板的真实刚度。文章提出采用单板振动试验测试基板弯曲刚度,并针对某型号太阳电池阵基板完成了测试。测试结果表明:基板实际刚度与数值分析结果仅相差2.2%;与三点弯曲法测试结果相比,振动试验测试结果可以更准确反映基板真实性能。     

悬挂工装对运载火箭模态试验影响分析

为分析悬挂工装对运载火箭模态影响,通过系统能量泛函建立了悬挂梁系统的振动方程和边界条件,得到了系统固有频率特征方程,并证明自由-自由边界模型是其蜕化情况。通过数值求解特征方程,得到了系统频率和振型相对于悬挂工装的长度、密度变化的规律。采用此方法解释了某型火箭模态试验出现的多组一阶横向模态现象。     

预紧力对系统频率漂移的影响

文章采用Harmonic的谱估计方法,研究了系统不同构件之间通过螺钉连接时,预紧力对系统动态特性的影响。在预紧力相同的情况下,不同量级的外界激励,会造成系统表现出不同的频率响应特性,呈现非线性时不变特性;大量级的外界激励会造成系统预紧力"失效",刚度降低,导致系统的固有频率降低,产生频率漂移,在共振处放大倍数降低。     

承力筒模态分析与测试

对卫星的关键主承力结构——承力筒进行模态分析与测试是了解其结构特性的重要手段。文章采用悬挂法和固支法对某卫星用两种结构设计的承力筒进行了模态分析与测试,并对比分析了这两种方法对分析与测试结果的影响,最终确定了承力筒的模态特性。模态试验属于有效性确认试验,应根据具体的试验对象,慎重选择合理的试验方法。     

密封舱内漂浮小球运动规律的数值模拟研究

"天宫二号"空间实验室开展了首次人机协同在轨维修技术试验,机械臂操作终端抓取漂浮小球试验为在轨试验任务之一。为研究漂浮小球与机械臂操作终端运动特性之间的匹配性,文章建立了在轨微重力环境下小球运动的物理模型与数学模型,采用动网格方法对不同小球的运动特性进行数值模拟,得到小球的运动规律,由此确定小球的设计参数范围,作为机械臂操作终端系统方案设计的依据。最终,数值模拟结果与"天宫二号"空间实验室在轨试验数据的对比初步验证了该计算结果的正确性。     

基于转子动力学特性分析的局部共振诊断研究

建立了支承局部共振动力学模型,给出了利用振动数据进行局部共振频率预测的方法。进行了转子动力学试验,试验转子含有2个盘和2个支承并固定到柔性摆架上,试验中出现单个支承外传力超限,但盘的振动位移幅值较小,且有上升趋势的现象,符合支承局部共振的特征。利用局部共振频率预测方法对振动数据进行处理,得到了理论预测的局部共振频率。进行了模态试验,得出的局部共振频率与理论预测吻合,同时也验证了局部共振诊断。结合模态振型对摆架进行了改进,改进后,消除了该处局部共振。     

基于有限元方法的并联机床模态分析

并联机床的模态分析有着重要的意义。本文针对3—HSS型并联机床,利用大型有限元软件ANSYS,对此并联机床进行了模态分析,分别获得了该机床的低阶固有频率及其对应的振型图,通过振动动画,分析了六阶模态的振动规律,找到了机床的薄弱环节,为机床的结构设计和动力学分析提供了依据。     

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。     

基于加速度测量的柔性智能桁架结构振动主动控制实验研究

本文在只能获得加速度时，通过改变Leunberger观测器的结构形式，基于模态滤波器技术、最优控制理论和计算机控制系统理论，采用独立模态空间控制策略进行了具有密集模态的空间柔性智能桁架的实时计算机振动主动控制实验研究。实验结果表明这种控制策略是行之有效的。     

推进剂利用及地面测试系统的故障分析与改进设计

简单介绍了某运载火箭推进剂利用系统及其地面测试系统的工作原理,针对试验中出现的故障问题进行综合试验,采用试验分析的方法,深入研究了试验过程及试验数据,进行精确故障定位,采用修正的判断准则对系统进行改进,试验证明改进效果良好,很好地解决了故障问题。     

基于实测数据的卫星公路运输动力学特性仿真分析方法

为解决卫星运输跑车试验耗时耗力的问题,采用仿真方法研究了卫星在公路运输过程中的动力学特性。先基于大量实测数据,建立仿真分析输入谱;再通过Patran/Nastran有限元软件建立包装箱–卫星的联合仿真模型,对经过组合体模态试验修正后的模型进行了模态分析和随机振动响应分析,得到了模型的前6阶模态振型以及关键部位的加速度和应力响应RMS值。结果表明:联合仿真模型各部位的应力RMS值远低于材料屈服极限,卫星结构具有足够的安全裕度。该仿真分析方法可以准确有效地分析卫星在运输过程中经受的力学环境,为卫星结构及包装箱设计提供依据。     

刚柔混合双臂空间机器人抓持－操作协同规划

针对狭小空间内的在轨维修操作,提出了一种基于受限空间可操作度优化的刚柔混合双臂协调轨迹规划方法。根据绳驱柔性臂的结构特性对其进行运动学等效,并完成了刚柔混合双臂等效运动学模型的建立,得到基座漂浮状态下的广义雅可比矩阵以及对应的零空间投影矩阵。以任务操作方向上的可操作度为优化指标,通过零空间投影矩阵建立优化函数方程;同时基于分解运动速度控制,通过广义雅可比矩阵实现末端速度空间到关节速度空间的映射,实现了混合双臂抓持-操作目标的同步运动控制。最后,开发了基于联合仿真软件的混合双臂联合仿真系统,仿真结果验证了上述方法的有效性。     

大型星载天线桁架式可折展机构的模态分析

大型空间抛物柱面星载天线具有口径大、约束弱、刚度低、质量小等特点,其机构的空间稳定性直接决定天线的使用寿命和信息传输的可靠性。为准确获得大型空间星载天线在轨稳定性能参数,依据星载天线的高精度和长寿命的设计需求,提出一种新型抛物柱面星载天线结构形式,利用有限元仿真对该新型星载天线作模态分析,并分析相关参数。结果表明:采用Al7075材料的新型抛物柱面星载天线基频满足设计要求。同时,增加上下支杆和上下斜撑杆的截面尺寸可有效提高天线结构的固有频率。该研究为我国大型抛物柱面星载天线设计提供了理论支撑和技术参考。