空间遥感器大口径反射镜支撑结构型式综述

文章针对空间遥感器大口径反射镜(口径大于500mm)总结了影响支撑结构设计的主要因素,介绍了几种主要的支撑结构型式,并讨论了支撑结构设计中所需要考虑的若干问题。     

多点平衡支撑在空间大口径反射镜上的应用

空间反射镜口径的增大使得支撑结构同时兼顾地面重力面形与在轨工作面形的难度增大。多点平衡(Whiffle-tree)支撑系统在满足运动学原理的条件下能够任意增加支撑点数量,已广泛应用于大型地面望远镜。文章以某3m口径空间反射镜为对象进行了Whiffle-tree支撑的设计分析:首先,利用经典理论公式确定了支撑点数量,结合反射镜结构设计对支撑点位置进行了比较优化;然后基于运动学原理进行了Whiffle-tree支撑系统的自由度分配,保证反射镜的静定支撑;最后,根据反射镜组件的指标分配完成了支撑系统的结构设计和有限元分析。分析结果表明,反射镜组件在地面重力作用下的面形误差优于126nm,在温度变化、强迫位移等工况作用下的面形误差均满足指标要求,Whiffle-tree支撑系统的应用合理有效。     

大口径超轻型反射镜定位和支撑方案研究

地球静止轨道光学遥感器的发展以及遥感器分辨率的不断提高,使得光学遥感器的口径越来越大,大口径反射镜正在成为制约遥感器性能、质量和研制成本的关键因素。本文主要围绕2m口径的超轻型反射镜开展研究,分析了定位和支撑系统的主要功能,提出了适合大口径、超轻型反射镜的定位和支撑系统方案,分析了该方案的基本原理和实现形式。     

一种空间用大口径扫描装置锁紧机构设计

由于红外探测器尺寸限制，大多数光学遥感器仍采用扫描装置来扩大探测视场，随着相机口径及探测视场的增大，扫描装置中扫描镜口径越来越大，对扫描镜支撑元件的承载能力要求也随之提高。文章为了确保某项目扫描装置中的扫描镜支撑元件不被过载破坏，根据扫描镜口径及过载条件，提出一种高承载能力、高刚度、可重复使用，且能够满足支撑元件过载受力要求的锁紧机构；阐述了锁紧机构的组成和工作原理，针对过载要求分析了锁紧机构核心部组件的承载能力及锁紧力，并根据过载条件进行了力学仿真分析；最后开展了振动试验，结果表明该锁紧机构可对扫描装置中扫描镜支撑元件安全锁紧。     

一种新型伞状天线反射面研究

为设计和研制高精度伞状天线碳纤维三向编织反射面，选取碳纤维三向编织反射面为研究对象，通过试验获取了碳纤维织物的材料属性，设计了不同结构形态、不同加强筋方案的天线反射面，建立反射面有限元模型进行重力变形仿真，探索重力场下天线型面精度与反射面形态的关系，获取了最优的反射面设计方案。优化结果表明，多边形口径反射面相比圆形口径反射面型面精度提高了9995％，在多边形口径反射面上设计环向加强筋可使型面精度进一步提高34％，为反射面的结构设计提供参考和依据。     

空间遥感器指向镜支撑结构形式综述

空间遥感器指向镜支撑结构是指向镜的重要部分,用于维持指向镜位置并提供一维转动自由度,其结构形式的选择和设计对指向镜的功能具有重要影响。文章针对指向镜在轨微重力、存在转动的使用条件和温度变化大的环境特点,调研并总结了背部支撑、侧面支撑、周边支撑3类主要的支撑结构形式,分析了支撑结构设计的精密热设计和粘接技术等关键技术。在指向镜支撑结构设计时建议采用非传统的新型方案设计和模块化设计。     

模块化构架式空间可展开天线支撑机构设计

针对空间可展开天线大口径发展趋势的需求,提出一种模块化构架式可展开天线支撑机构。首先,基于机构学基本理论,对机构的结构组成、展开原理及锁紧方案等开展了总体结构方案设计;其次,从肋单元尺寸确定、运动学仿真分析、结构实体设计、缓释装置设计等4个方面开展了支撑机构结构设计与分析;最后,研制了一套模块化构架式可展开天线支撑机构原理样机,并在微重力装置上开展了展开功能试验。试验结果表明:依据设计方案研制的支撑机构,其展开过程平缓、顺畅,展开到位后能够顺利实现锁紧,验证了设计的正确性与可行性。所提出的可展开天线支撑机构及其设计与分析方法可为其它类型可展开天线的设计及研究提供参考。     

平行光管反射镜的支承结构

文章叙述大口径、长焦距平行光管系统的大型反射镜(包含主镜、标准平面镜和球面镜)的支承方式与结构的有关问题，分析了引起反射镜变形的原因，说明了结构设计时应采取的技术措施，介绍了3种在实际应用中比较成功的典型结构方案和卸载机构。     

大口径反射镜组件发射段环境的防振设计

主反射镜组件力学性能是相机结构设计的重点。文章介绍了反射镜组件的基本构型,分析了采用Bipod支撑结构的反射镜组件振动抑制的必要性。基于阻尼受迫振动模型微分方程,分析了频率比、阻尼比对随机振动传递率的影响,根据分析结果选择增大阻尼比作为反射镜组件振动抑制方案。对某1.8m口径反射镜组件进行了抑振设计,利用MSC Nastran软件进行了动力学分析,仿真结果显示,抑振后反射镜动力学响应值及振动应力有较大降低,证明抑振设计有效。文章设计的振动抑制解决方案也可为空间遥感器其他部组件的振动抑制设计提供借鉴。     

大口径甚高分辨率空间光学遥感器技术途径探讨

增长焦距、加大口径是提高空间光学遥感器空间分辨率的主要手段，但焦距和口径的增大意味着遥感器体积、研制难度和制造成本的骤增。要达到可见光甚高分辨率，采用传统的设计思想和制造工艺已无法实现，更何况体积和质量巨大也难以发射。本文介绍和分析了几种解决大口径系统的方案，包括：分块可展开成像系统、稀疏孔径系统和干涉成像系统。     

案例调整技术在固体火箭发动机总体设计中的应用

以提高固体火箭发动机(SRM)总体设计中设计经验和设计知识的重用为目的,将基于知识工程的设计方法应用于SRM总体设计。研究了SRM总体设计案例表示方式,提出了两级层次结构的案例调整模式,并针对SRM系统特点建立了SRM总体设计的因果过程模型。在此基础上,提出了SRM总体设计的案例调整框架。最后,应用该调整技术实现了具体设计实例,通过与传统总体设计比较,设计结果一致性好,证明了该技术的有效性。     

MBSE在活动发射平台支承臂设计中的应用实践

针对基于文档的活动发射平台系统设计存在的信息离散、关联性差、不易追溯等问题,将基于模型的系统工程(Model-Based Systerm Engineering, MBSE)的正向设计方法引入活动发射平台支承臂方案设计和详细设计过程中,采用SysML语言进行系统建模,采用Modelica语言进行物理建模,采用NX和Ansys进行三维模型设计和仿真,并通过参数结构化和接口配置技术,实现了从系统设计到产品设计关键参数的闭环验证,提高了设计数据的一致性和可追溯性,验证了MagicDraw、Mworks、Teamcenter等系统集成应用的技术可行性,为活动发射平台和其他航天产品设计提供了指导和借鉴。     

卫星设计寿命影响分析

首先给出了卫星各分系统质量(mass)在整星干重中所占比例的统计数据及设计寿命对分系统的定性影响;重点定量分析了设计寿命对各分系统设计参数及质量的影响,给出诸分系统的质量、质量增加、质量增加率与设计寿命的关系曲线;最后分析并给出卫星干重及总质量与设计寿命的关系,指出设计寿命的延长是以质量增加和成本上升为代价的,应综合考虑设计寿命与成本。     

飞行器固体火箭助推器设计优化方法比较

综合考虑飞行器总体设计约束、轨道设计、气动特性与固体火箭助推器设计间相互影响的情况下,建立了飞行器固体火箭助推器总体/气动/轨道/动力多学科的系统分析模型和设计优化模型。采用传统设计优化方法和多学科设计优化(MDO)方法进行了固体火箭助推器设计优化。结果表明,固体推进单学科的最优设计不等价于飞行器总体多学科的最优设计;与传统设计优化方法相比,MDO方法一次设计优化就可得到满足飞行器总体设计指标的最优设计,得到内外弹道相匹配的助推器最优推力-时间曲线。传统设计优化方法需要飞行器总体和固体推进学科两个设计优化过程不断迭代协调,容易漏掉满足飞行器总体设计指标的最优设计。采用MDO方法,可提高固体火箭助推器的设计质量,大大减少设计迭代次数,从而缩短设计周期。     

振动试验夹具共振频率设计要求研究

为了使振动试验夹具的频率设计要求更加符合工程实际,文章对传统设计要求进行了总结,根据随机振动理论研究了传统设计要求与试验实际情况的差异。研究表明传统设计要满足一阶固有频率最大化的要求,而该要求存在不足：一是建立试验系统动力学模型时未考虑试件的质量及刚度,二是未考虑夹具与振动台连接的边界条件,三是未考虑载荷激励方向与模态关系。针对这些不足,文章提出了夹具共振频率最大化设计要求。分别采用传统的一阶固有频率最大化设计要求和共振频率最大化设计要求对某导弹夹具进行了设计,对比研究结果表明采用共振频率最大化设计要求所设计的夹具共振频率更高、质量更小。     

面向飞行器总体设计的UMDO技术综述

针对当前飞行器设计领域对总体设计过程中不确定性因素的精细化管理需求,对不确定性多学科设计优化（Uncertainty-based Multidisciplinary Design Optimization,UMDO）的研究现状和应用模式进行了综述和展望。首先综述UMDO的国内外发展现状,讨论开展UMDO研究和应用的必要性和紧迫性;从不确定性源建模、不确定性灵敏度分析、多学科不确定性分析、鲁棒性多学科优化设计4个方面梳理UMDO技术的发展体系,分析UMDO工程应用的研究现状,围绕飞行器总体设计过程提出适应各阶段设计需求的现代飞行器UMDO应用模式;最后,针对飞行器总体精细化设计能力的提升需求,分析了目前UMDO在工程应用过程中存在的问题,并探讨了UMDO的未来发展设想。     

应用OptiStruct软件的太阳翼基板结构优化

应用Altair OptiStruct软件独有的复合材料优化技术,针对非连续铺层复合材料,对某卫星太阳翼基板结构进行了优化设计。整个基板结构优化设计过程包括两个阶段：概念设计阶段和系统设计阶段。首先,在概念设计阶段利用自由尺寸优化模块,对太阳翼基板结构进行了拓扑优化;然后,在系统设计阶段利用尺寸优化模块完成了铺层厚度的优化。在经验设计方案中,太阳翼基板面板质量为3.6kg,经优化设计后,基板面板质量为1.7kg,减少了53%。     

复合材料设计的回顾与展望

复合材料设计是复合材料研制过程中必须首先解决的问题，复合材料设计由定性化向定量化方向发展是其必然趋势。复合材料力学、材料设计专家系统和智能化设计系统应用于复合材料设计方面已取得巨大的进展，并推动复合材料科学与技术的发展。     

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。     

稳健优化设计及其在固体火箭发动机装药设计中的应用

为了提高固体火箭发动机在干扰因素作用下的性能精度,将稳健优化设计方法引入固体火箭发动机装药设计中。首先介绍了稳健优化设计的基本概念和设计流程,通过装药设计实例分析了稳健优化设计特点及适用性。结果表明,稳健优化设计既可较好地保证设计约束的可行稳健性,又可降低发动机性能在随机因素作用下的散布范围。为解决固体火箭发动机推力不平衡问题提供了很好的解决方法。