中频力学环境下航天器结构动力学分析技术研究

航天器结构中频段的动力学问题是当前国内外研究的难点和重点。文章介绍了航天器结构中频力学环境预示的背景，重点综述了中频动力学分析技术的三类方法，包括改进的确定性分析方法、改进的高频统计能量分析和混合方法，并对其主要理论和应用状况进行了分析和比较。最后，针对航天器结构的中频动力学分析提出亟待解决的关键问题。     

航天器声振力学环境预示与验证

针对航天器声振力学环境预示的难题,开展大型复杂航天器声振力学环境的预示方法研究和试验验证。首先结合航天器声振力学环境的特点,研究采用混合有限元-统计能量分析（FE-SEA）方法建立航天器声振预示模型的关键技术,在此基础上建立整星级和系统级航天器（整流罩-卫星-仪器舱-适配器组合体）的混合预示模型,最后将预示结果与噪声试验数据进行对比,验证了预示方法和模型的有效性,并基于分析结果探讨影响航天器声振力学环境预示精度的关键环节。     

能量有限元方法的双星整流罩中频声振环境预示

为了对某双星整流罩结构进行振动环境的预示,采用能量有限元分析(EFEA)的方法,建立了整流罩结构的能量有限元模型,并对其进行了振动环境的预示。作为比较,选取统计能量分析方法 (SEA),建立了该整流罩的统计能量模型,并与EFEA方法和实验测试结果进行了比较。结果表明,EFEA方法与SEA方法的结果在一定的频段内可以较好地预示结构,而且在该频段内,EFEA方法的结果相对SEA方法更接近于实测值,同时相比SEA方法,EFEA可以得到预示结果的空间分布。     

航天器火工冲击环境分析预示方法研究综述

航天器火工冲击力学环境问题是一个宽频、瞬态和强非线性的冲击动力学问题。火工冲击响应的预示涵盖结构动力学、冲击动力学、爆炸力学、高应变率材料力学行为等多学科理论。目前,工程上尚无统一、有效的预示方法。在航天工程中,航天器及其组件冲击环境条件设计以及系统级和单机缓冲设计,都迫切需要能够准确预示航天器的火工冲击响应。文章对国内外航天器火工冲击响应机理进行综合理论分析,并在系统调研分析预示方法的基础上提出了航天器火工冲击响应预示研究的重点和难点。     

航天器力学环境分析与条件设计研究进展

航天器力学环境条件是航天器及其部组件设计和地面试验验证的主要依据,直接影响着航天器的总体设计水平。随着我国航天事业的飞速发展,对航天器及其有效载荷的设计提出了越来越高的要求,而力学环境分析与条件设计技术已经成为制约我国航天器荷载比提高的瓶颈技术。本文重点针对航天器力学环境分析与条件设计技术所涉及的航天器力学环境预示理论方法,高精度有限元建模与模型修正技术以及航天器力学环境条件设计技术三个方面国内外研究进展进行了回顾,特别是对近五年来我国航天工业部门在航天器力学环境分析与条件设计领域取得的成就进行了综合评述。在此基础上,结合我国航天工程的实际需求,分析指出了今后在航天器力学环境分析与条件设计领域的主要研究方向。     

航天器中频段力学环境预示的混合线连接建模方法

针对航天器中频段的力学环境预示问题,提出了一种航天器结构混合线连接建模方法。首先应用波动理论推导了波数空间下的线连接动态刚度矩阵,然后通过构造线连接处的位移形函数,采用傅里叶变换技术建立混合线连接模型。提出了模态插值、三角波和Shannon小波三种形函数构造方法,并对三类形函数的优缺点进行了对比。典型结构的仿真结果表明,提出的混合线连接建模方法具有较好的预示精度,可应用于航天器结构的中频段的力学环境预示。     

复杂航天器结构火工冲击环境预示方法研究

针对复杂航天器结构在宽频、瞬态火工冲击载荷激励下其响应难以预示的问题,以某型复杂卫星结构为研究对象开展了火工冲击环境预示方法研究。首先,推导了基于加速度频响函数(FRF)的虚拟模态综合法(VMSS)的理论公式。对于复杂卫星结构各子系统动力学特性存在较大差异的特点,建立了有限元-统计能量分析（FE-SEA）混合模型,并进行响应计算,获得了加速度频响包络曲线及模态数曲线,为虚拟模态综合法的响应预示提供输入。然后,对复杂卫星结构推进舱底板和侧板的火工冲击响应进行了计算分析。最后,将计算结果与整星火工分离冲击试验结果对比发现两者基本保持一致。研究结果表明,联合FE-SEA混合建模技术和虚拟模态综合法能够对复杂卫星结构火工冲击环境进行较为精确地预示。     

基于混合FE-SEA方法的航天器支架车声振响应影响分析

支架车是航天器声振试验中的重要地面支撑设备,需要对其在航天器声振预示中的影响展开研究。文章基于混合FE-SEA 方法建立不同工况和不同航天器声振模型,研究了支架车对航天器结构的声振响应的影响。分析表明安装支架车后主要对系统的低阶模态的声振响应影响较大,对高阶模态的响应影响可以忽略。该结论可为复杂航天器的声振模型简化提供指导。     

可变构型复合柔性结构航天器动力学建模研究

针对中心刚体加复合柔性结构类航天器采用混合坐标法和子结构模态综合法，建立了可变构型复合柔性结构航天器低阶动力学模型。获得的柔性动力学方程及其各类耦合系数矩阵，适用于全星级可变构型系统和部件级复合柔性附件系统的控制系统设计与仿真，该模型具有阶数低和工程实用的特点。     

基于传递特性的航天器在轨冲击环境预示方法研究

实际飞行实验中,经常需要较为精确地确定高频激励作用下航天器某结构部位的冲击响应,统计类预示方法速度快但误差较大;数值类预示方法较为精确,但计算规模大、耗时长,且很难考虑冲击源和结构传递等偏差的影响。文章参考振动传递函数的定义和性质,建立了基于结构传递特性、用已知结构点的冲击环境预示相关结构冲击环境及其分布的方法;利用某火工分离试验冲击测量结果,验证了该方法可快速、准确预示指定部位的冲击环境。     

载人飞船返回舱再入着陆力学环境防护技术改进

文章对弹道-升力式载人飞船返回舱再入着陆力学环境及其乘员和舱载仪器设备的防护措施进行了理论分析和试验研究。适当的返回舱座椅安装角度有利于乘员承受再入过载。座椅缓冲系统是吸收着陆冲击能量、保护乘员最重要的环节,发挥返回舱结构缓冲吸能作用也是改善着陆冲击环境的有效措施。合理设计返回舱设备布局和安装形式可保护舱载设备免受着陆冲击损坏。防护措施的改进可有效保护乘员免受伤害,保证舱载仪器设备正常工作。     

航天器微振动环境分析与测量技术发展

文章分析了航天器在轨运行时出现的准稳态加速度、瞬变加速度、振动加速度的来源及对航天器产生的影响。介绍了美国、欧空局及我国的航天器微振动测试技术现状。并就Olympus卫星、Oicets卫星和我国“神舟”号飞船的情况,深入讨论了微振动测试的方法与结果。     

航天器声振动力学环境响应分析

动力学环境试验技术已得到了广泛的应用,但是动力学环境预示技术还没有得到很好的重视和发展。文章在简要概述了统计能量法（SEA）的基础上,以某卫星为例,划分为26个子系统和97个连接,对整星的宽带声振力学环境的响应进行了估计。经过与试验结果的对比,验证了上述方法的可行性。     

星箭力学环境分析与试验技术研究进展

半个世纪以来，宇航科技工作者对卫星发射力学环境的认识逐步深入，从而带动了相关基础理论、预示方法、分析工具、试验技术和试验设备的不断发展。随着航天技术发展步伐的加快，对航天器设计的要求越来越高，星箭力学环境分析与试验技术研究的迫切性日益凸出。本文重点针对星箭力学环境分析与试验技术所涉及的航天器力学环境预示、航天器力学环境试验和星箭力学环境匹配优化等三方面技术的国内外研究进展进行了综合分析评述；指出了三者之间相辅相成、缺一不可的内在联系：预示分析决定着试验的方法和条件，力学试验又反过来验证预示分析的准确性，力学环境预示分析和试验的准确性和有效性为星箭力学环境匹配优化的顺利开展提供重要保障。最后，根据航天工程的需要，提出了今后在星箭力学环境分析与试验技术研究领域的主要研究方向。     

航天器低电压差分信号线缆辐射干扰研究

基于双绞线结构及低电压差分信号(LVDS)的周期特性,运用数值评估与多导体传输线理论模型仿真的方法,分析了多个分叉的LVDS线缆辐射干扰强度。之后,提出了LVDS线缆辐射干扰的抑制工艺措施。理论分析与实测结果吻合较好,验证了采用多导体传输线法分析LVDS线缆的辐射特性,并证实了在总装工艺过程中采取屏蔽加固措施的有效性,可为优化航天器LVDS线缆布局提供参考。     

航天器交会远距离导引段误差敏感度研究

以航天器交会对接远距离导引轨道控制精度为研究目标,从控制过程各环节入手,分析误差因素,提出了敏感度分析的方法,从控制方程推导出控制精度敏感度方程,并进行了仿真计算,分析出影响控制精度的主要因素和影响程度。     

软件能力成熟度模型在航天器软件研制中的应用研究

介绍了美国国防部评估其软件承包商的软件能力成熟度模型(CMM),针对航天器软件工程化实施过程中软件生存周期与实际研制流程不符、软件质量过于依赖整星测试的问题,提出了开发本地化生存周期模型;应用组织资产提升软件复用能力;利用数据采集和分析发现问题本质;重视配套设施、促进软件工程过程的落实等,以及将软件能力成熟度模型思想和内容进行本地化的措施,可为解决当前航天器软件研制中存在的问题,提升软件研制单位能力提供参考。     

航天器可恢复式过流保护技术研究

分析了可恢复式反时限保护和恒流限流保护的原理,推导了基于真空环境下电缆温度升高模型的反时限保护方程,并用Matlab软件仿真分析了反时限保护过程中母线电压的瞬态跌落过程。针对恒流限流保护,设计了一种改进电路。Saber软件仿真表明,该电路可将电流超调量限制在20％以内。对多种过流保护手段的优缺点进行了总结,提出了一种包含反时限保护和基于MOSFET特性的恒流限流保护的航天器可恢复式过流保护系统框图。     

交会对接组合体热管理研究

组合体热管理是实现目标飞行器和载人飞船交会对接组合体载人热环境控制的重要手段。文章提出了以舱段间通风为技术途径的交会对接组合体热管理方案。在组合体热特性分析和热平衡试验基础上,获得了组合体热管理系统分析模型。分析结果表明,组合体密封舱空气温度在19～26℃范围内可调,验证了交会对接组合体热管理设计的正确性。最后,对空间...