弯曲载荷作用下舱段连接螺栓组载荷数值研究

鉴于工程计算方法对舱段间连接螺栓组在弯曲载荷作用下的受力问题较低的计算精度,采用有限元仿真方法研究了连接螺栓组的弯矩载荷和轴拉载荷的大小和分布规律,并进一步分析了舱段连接螺栓预紧力、螺栓数量、螺栓直径、螺栓分布圆直径及舱段法兰厚度对舱段连接螺栓组载荷的影响。结果表明,在舱段弯曲载荷作用下,螺栓的最大轴拉载荷是工程理论计算结果的1.45～2.53倍;在线弹性范围内,同时考虑螺栓轴拉载荷和弯矩载荷的最大等效轴拉载荷是工程理论计算结果的2.43～7.06倍;螺栓的弯矩载荷,显著增大了螺栓的最大应力;螺栓的最大轴拉载荷随着螺栓数量的减少、螺栓分布圆直径的减小而显著增大,其中螺栓直径大小、法兰厚度的影响较小;螺栓的最大弯矩载荷随着螺栓数量的减少、螺栓直径的增大、螺栓分布圆直径的减小、法兰厚度的减小而显著增大。     

包带式星箭连接结构轴向刚度研究

包带锁紧装置广泛用于卫星和运载火箭之间的连接。在发射过程中,它起到连接星箭和传递载荷的作用,合理地确定包带连接结构的强度和刚度对卫星的成功发射至关重要。给出包带连接结构轴向刚度与包带结构参数、预紧力以及轴向拉力之间的关系,提高包带连接结构刚度预测的精确性。首先对包带连接结构各组件的受力情况进行分析;根据各组件受力特点,应用弹性力学理论推导了一定轴向拉力范围内包带连接结构的变形及刚度的解析表达式;最后,针对某型包带锁紧装置与有限元仿真结果进行对比,验证了分析方法和解析表达式的正确性。
     

复合材料径向和轴向螺栓连接失效预测方法及失效模式分析

大型火箭舱段间的复合材料端框连接主要由径向螺栓连接和轴向螺栓连接组成,设计了不同铺层和几何尺寸的连接试验件,并通过试验获得了失效载荷和失效形式。然后,选择了3种渐进损伤方法进行了连接结构的失效预测,并将预测结果与试验结果进行比较,结果表明：采用基于细观力学的复合材料渐进损伤方法,15组径向连接试验件失效载荷计算误差最大为17.3%;4组轴向连接失效载荷计算误差最大7.4%;预测的失效形式与试验结果接近,为连接结构确定了合适的失效预测方法。采用数值分析结果揭示了复合材料单向层的主要失效模式。为复合材料端框连接的设计研究提供了可用的失效预测方法及详细的失效模式分析结果。     

螺栓连接结构接触面刚度识别方法

针对线性范围内的螺栓连接结构开展研究。在薄层单元理论基础上,提出了一种螺栓连接结构接触面刚度识别方法。采用正交各向异性本构关系的薄层单元模拟接触面,忽略螺栓和螺孔的影响,建立单个螺栓和多个螺栓搭接2种结构的初始有限元模型;根据试验模态参数,识别连接部位薄层单元材料参数。识别后,2种连接结构前四阶模态频率的计算结果最大误差不超过3.5%,表明识别后的薄层单元能准确反映接触界面的力学特征;文中方法适用于单个螺栓搭接和螺栓较密集工况的准确模拟。     

卫星高精度载荷安装平台热变形隔离技术研究

针对我国高分辨率卫星对结构在轨变形的控制要求,提出了一种基于柔性连接的卫星高精度载荷安装平台热变形隔离控制方法,从理论上对该方法进行了分析,并以型号应用为背景进行了验证方案设计及试验验证。验证结果表明,在同样的加载条件下,柔性连接载荷安装基板变形相对刚性连接降低了近1个数量级,表明通过对卫星平台与有效载荷安装基板之间连接结构刚度的柔性设计,能够有效避免卫星平台结构的热变形作用于有效载荷安装基板,使得高精度载荷安装基板不致产生明显的翘曲变形,从而保证安装基板上各敏感载荷的在轨指向相对变化满足指标要求。     

螺栓连接松动的导波监测技术综述

螺栓连接件使结构易于安装或拆卸,同时还可以承受较大的载荷,广泛应用于航空航天结构中。然而,螺栓在复杂服役环境中很容易发生松动,因此准确监测螺栓预紧力对于确保结构的可靠性和安全性具有重要意义。经过多年的发展,基于超声导波的结构健康监测方法逐渐成为螺栓连接松动监测的重要技术手段之一。对典型的螺栓预紧力导波监测方法进行了综述,包括导波能量耗散法、时间反转法、接触声学非线性法和混沌超声法等方法,介绍了这些方法的基本原理和发展现状。同时,通过实验将目前应用较多的导波能量耗散法、时间反转法进行了对比,结果表明时间反转法的监测灵敏度更高。     

点式连接航天器等效刚度模态分析方法

针对点式连接航天器受接触影响而产生的非线性特性,提出了利用线性等效刚度代替非线性刚度以计算点式连接航天器模态的分析方法。首先采用有限元软件对点式连接航天器的非线性刚度进行分析,并基于非线性振动和结构动力学的原理,建立了等效刚度的计算方法。将等效刚度代入广义弹簧单元,最终获得点式连接航天器的简化模型并分析其模态。模态分析结果与试验结果对比显示,相比于传统分析方法,基于等效刚度的简化模型精确地预测了点式连接航天器的模态,有利于提高点式连接航天器的动力学仿真分析精度。     

星箭耦合力学分析中的卫星混合模型研究

为准确预示卫星所承受的载荷和动力学环境,需要卫星研制单位提供卫星动力学模型,进行星箭耦合动力学响应分析。随着“细长型”构型卫星逐步增多,仅以星箭界面载荷进行卫星强度校核会带来较严重的过设计,需要形成一种适应内部界面载荷提取的卫星分析模型生成方法。基于子结构缩聚及装配的基本原理,将卫星合理划分为多个子结构,推导了各子结构缩聚后质量和刚度矩阵的生成方式,介绍了子结构间物理连接单元与各子结构缩聚模型装配的原理以及卫星混合数学模型生成过程。以某典型卫星结构为例进行分析验证,结果表明:卫星混合模型在保留了缩聚模型各项优点基础上,实现了卫星内部界面物理单元的载荷输出。     

包带连接力学分析与建模

研究了卫星包带连接的有限元力学建模。基于对包带预紧力、卡块与连接环间的接触力,以及两连接环间的接触力的分析,将接触力等效为有限单元节点力。对所建模型中的非线性项,用Newton-Raphson法求得给定包带顸紧力的平衡位置,再以该平衡位置处的切线刚度对模型作线性化,分析了模态和固有频率等动力学特性。某卫星的算例验证了模...     

润滑因素对螺栓连接预紧力的影响

针对润滑因素对螺纹连接预紧力影响状况的实际需求,进行了30CrMnSiA高强结构钢螺栓与TA15钛合金基体之间在多种润滑条件下螺纹连接预紧力变化的分析和试验,为TA15钛合金螺纹连接构件在润滑条件下的设计、使用提供参考.     

偏心销结构舱段连接方式强度计算及试验验证

基于某型导弹偏心销结构舱段连接方式,推导了连接面上偏心销的最大剪力公式,并对该结构开展了有限元分析和静力试验。有限元结果表明在给定载荷作用下,偏心销材料进入塑性,偏心销限位环发生强度破坏;连接面舱体结构局部材料进入塑形,但不会发生强度破坏;试验结果验证了上述仿真结果,并根据最大剪力公式建立单个偏心销有限元计算模型是一种比较稳妥的方法。     

星箭分离减冲击环结构优化设计

针对星箭分离过程，建立了减冲击环结构模型，并分析了该结构的减冲原理。利用冲击响应谱的时域合成算法计算获得符合冲击谱规范的时域载荷，并以此作为结构优化设计中动力学模型的输入载荷工况。以减冲击环的连续层数、单层支撑块数、连续层厚度、支撑块层高度以及环的外半径和内半径6个结构参数为设计变量，以减冲效果和结构强度、刚度为约束，以质量最轻为目标，建立减冲击环的结构优化设计模型，这是一包含离散变量和连续变量的混合优化问题。为了在跨平台下求解该混合优化问题，采用代理模型策略和自适应模拟退火算法求解，并在最优点处开展结构性能对设计变量的敏度计算，对计算结果进行了分析评估。本研究对强冲击动力学环境下的航天器结构分析与设计有一定的指导意义。     

模块化热控技术及其在低轨卫星中的应用

Differently from traditional integration satellites, the modular satellites consist of several structurally independent modules and the heat dissipation is unevenly distributed, while the interface between modules should support repeatable connection separating. Therefore, the traditional thermal control design, which supports the independent heat dissipation of an integration satellite, cannot meet the thermal control requirements of the modular satellite. In this paper the modular thermal control technology is proposed. The carbon nanotube array on metal substrate is used as the thermal interface of the modules to realize the separable cross module heat transfer. The internal surface of structural panels is coated by graphene film to enhance the internal heat transfer in the modules with limited internal space. The smart thermal control coating is used at all the heat rejection surfaces to suppress the orbital heat flux variations. By using the technology, the thermal connection of the assembly and reconstruction system is built and the synergistic heat dissipation of the whole satellite is achieved. As to validate the proposed technology, the finite element model of the circular low earth orbit satellite is established and the in orbit temperature in the extreme working conditions is simulated. The result indicates that the modular thermal control technology proposed in this paper can satisfy the thermal control demand of the modular satellite.      

一种星-箭连接动态界面力的深度学习反演方法

针对于星-箭连接动态界面力无法通过力传感器直接测量,且典型时域动载反演方法难以准确计算界面力的时域变化等难点,提出了基于长短时记忆(LSTM)神经网络的星-箭界面力深度学习反演方法。首先通过卫星地面测试试验得到数据依据,以卫星主体结构的加速度测量数据为输入层,以星-箭界面力测量数据为输出层,利用LSTM神经网络建立输入和输出间的反演映射关系模型,实现卫星在发射过程中较高精度的界面力反演。进而,设计并开展了某典型卫星结构的正弦扫频和随机振动实验,测试LSTM界面力反演方法的可行性。结果分析可知,所提出的基于LSTM深度学习反演方法能够精确地获得动态界面力时程数据,两项性能指标均优于目前典型的载荷反演方法。     

卫星结构的拓扑优化与灵敏度分析

在已知某卫星主承力结构的空间大小、约束及载荷条件的情况下，通过对一连续体进行拓扑优化得出主承力结构的最优结构形式。并在此基础上对卫星上十五个结构参数进行了灵敏度分析和尺寸优化，计算结果证明由连续体通过拓扑优化得到桁架结构的最优拓扑是可行的，若再结合灵敏度分析及尺寸优化，可以大幅度减轻卫星结构重量，改善卫星结构的动力特性。     

通信卫星热试验中转发器地面测试设备连接方案研究

通信卫星由于热试验环境和条件的特殊性,其地面设备在热试验中的连接方式随着高频段、高功率转发器的出现变得尤为重要。研究了通信卫星热试验时不同频段转发器地面测试设备在真空室内的连接方案,重点对Ka频段的解决方案及相关问题进行了详细分析和比较。     

Passive Magnetic Attitude Control System for the Munin Nanosatellite

The instrumental and applied problems related to the design of a passive magnetic attitude control system for the Munin nanosatellite are considered. The system is constructed from a strong permanent magnet and a set of hysteresis rods. These rods are made of magnetically soft material using a special technology, and they allow us to support the satellite orientation with respect to the local magnetic field vector with a given accuracy and time response. By using asymptotic and numerical methods, we investigate the satellite dynamics for different models of hysteresis. The issues concerning the arrangement of the rods and their interaction with the fields of permanent magnets mounted onboard the satellite are discussed.     

液体火箭发动机试验推力测量传感器并联影响研究

介绍了推力测量传感器并联工作原理,进一步确定并联作为液体火箭发动机试验推力测量中多只传感器的电路连接方法。通过对多只传感器并联的选配与分析,在保证灵敏度与输出阻抗比值一定的情况下,该方法可以提高推力测量精度,同时输出力值不受偏心载荷影响。     

考虑重力影响的太阳翼模型修正方法研究

太阳翼结构地面模态试验时重力导致的几何非线性不能忽略,因此提出了一种考虑重力影响的柔性结构动力学模型修正方法。首先推导了地面环境下结构的切线刚度矩阵,求解广义特征值,得到重力影响下的模态,对试验和计算得到的模态振型进行匹配,并进行参数的灵敏度分析,选取合适的修正参数并迭代求解参数的修正量。以展开锁定情况下的太阳翼组合结构为研究对象,对比研究发现重力对模态频率有影响,采用分步修正策略,依次对单翼板弹性参数和翼板间连接刚度进行修正,研究结果表明本文方法不仅收敛速度较快,且具有较高的精度。     

卫星结构基础加速度激励及界面力识别试验研究

针对某卫星结构模型,开展基于实测卫星结构加速度的卫星基础激励和星-箭连接界面动载荷反演试验研究.首先,根据卫星结构和试验条件,设计了用于测量星-箭界面传递载荷的工装;其次,基于卫星结构模态试验和有限元模型修正技术,获取了卫星结构的高保真有限元模型;进一步,开展基础激励下的卫星结构模型振动试验,利用动载荷识别技术获取振动...