自锁式形状记忆合金馈源锁紧机构

提出了一种形状记忆合金（Shape memory alloy, SMA）丝驱动的自锁式馈源组件锁紧机构。该锁紧机构利用自锁原理实现锁紧,采用双路冗余的SMA丝实现解锁。为校验该锁紧机构的功能及性能,完成了原型机的生产,并开展了锁紧试验、电性能试验和高温环境试验。结果表明,该机构在1700N的载荷下仍能保证可靠自锁,在2.5~4.0A电流下均可正常工作,对应的解锁时间为15.8~4.2s,功耗为140 ~95J,此外,机构能在小于92℃的高温环境下正常工作。基于上述试验结果,该机构具有突出的锁紧性能、宽松的工作电流范围以及良好的高温性能,在空间旋转结构的锁紧方面具有非常大的工程应用潜力。     

深空探测WIFI分离监视相机锁紧释放机构研制

文章提出了一种基于热刀切割UHMWPE绳的轻小型锁紧释放机构,质量仅为150g,高度只有27mm,用于拍摄“天问一号”着陆器与巡视器合影。设计卡爪装置对WIFI相机进行卡紧固定,采用UHMWPE绳对卡爪装置进行捆绑紧固,设计绳索预紧和收紧装置实现绳索拉紧,通过热刀组件熔断UHMWPE绳实现WIFI相机释放。为验证机构可靠性和对复杂空间环境适应性,开展了UHMWPE绳蠕变测试、抗辐照试验、机构解锁测试、力学试验等专项测试,结果表明该锁紧释放机构能够稳定锁紧和释放分离相机,具有体积小、质量轻、耐辐照、高可靠等特点。     

一种空间光学遥感器的主镜展开机构

分块可展开光学系统的相关技术是空间光学遥感领域当前的研究热点之一。文章设计了一种环扇形剖分主镜的展开机构总体方案。为了满足主镜展开机构的高重复定位精度要求,定位装置采用了点接触的运动支承;中央子镜与旁瓣子镜之间的锁紧力通过控制步进电机转角的方法来控制,以降低系统的复杂性;为了提高机构运动可靠性并尽可能减少润滑剂对光学镜面的污染,运动副表面采用了MoS2固体润滑剂方式;经Solidworks软件仿真,该主镜展开机构无结构干涉,能够实现主镜的收拢和展开功能。     

基于滚动信息反馈的偏置动量卫星滚动/偏航回路姿态控制器设计

以偏置动量卫星为背景,针对滚动/偏航回路的姿态控制,采用频率分离法分析设计了基于滚动信息反馈的控制器,并给出控制参数的合理选取范围。卫星俯仰回路采用常用的偏置动量轮控制,其滚动/偏航轴上各安装一个反作用飞轮以完成姿态控制。同时,卫星三轴配置磁力矩器以实现动量轮/反作用飞轮的角动量卸载。最后进行了数学仿真,结果表明,卫星滚动/偏航轴的姿态指向控制的精度和稳定度分别达到0.05°和0.001(°)/s,验证了所设计的控制规律的可行性以及控制参数分析的合理性,具有一定的理论意义和工程应用价值。     

应用星载AIS双天线的舰船快速定位方法

针对仅接收1次自动识别系统(AIS)信号实现舰船快速定位的需求,提出了应用星载AIS双天线的舰船快速定位方法,通过舰船位置与星载AIS接收信号多普勒频率,双天线接收信号时差关系,建立舰船定位解算的线性模型。在此基础上,对影响定位精度的卫星位置速度、时差、天线安装位置等误差因素进行分析。结果表明:为保证定位因子达到0.50,卫星速度精度应小于5 m/s;时差精度应小于1×10~(-11) s;双天线距离大于2 m;双天线优先选择安装在滚动轴正向和负向,滚动轴正向和俯仰轴负向,滚动轴负向和俯仰轴正向。文章提出的方法能够快速解算出舰船位置,为成像载荷与AIS综合的舰船识别提供数据支撑。     

航天器装配定位机构的设计与实现

航天器装配定位机构是重要的技术改造项目之一,用于舱段精密对接与分解,其通过与空间定位系统、自动起吊装置的配合,实现舱段对接与分解过程的量化识别与自动控制。该机构主要设计有质心捕获、自动调平和旋转等功能,为舱段对接与分解提供基础支撑平台、航天器空间姿态调整和相关数据支持。文章阐述了航天器装配定位机构原理,并对其主要功能的实现方法进行了设计。     

星箭锁紧装置黏滞摩擦系数的影响因素研究

星箭锁紧装置是卫星与火箭连接的关键机构。装置中的V形卡块在预紧力施加过程中,易发生偏斜,使得星箭分离配合面接触不均匀,产生应力集中,导致星箭分离面黏着磨损。研究了星箭锁紧装置中的V形卡块和上下端框的铝合金摩擦副在不同影响因素下摩擦系数的变化,探究了温度、正压力以及铝合金表面粗糙度对界面黏着和黏滞摩擦系数的影响。研究结果表明,硫酸阳极化处理的2A14T6-2A14T6比较适合作为摩擦副材料,在加工和锁紧过程中,应合理控制其粗糙度、温度和正压力,以避免黏着磨损。     

航天器舱外载荷适配器技术综述

航天器舱外载荷适配器是一种轻小型空间对接机构,根据操作方式分为被动式和主动式两大类。文章介绍了日本设备调换装置(EEU)、美国飞行可释放连接机械装置(FRAM)等国内外舱外载荷适配器,总结了其引导定位、机械锁紧和电连接的功能实现方式。针对空间机械臂操作、人机工效学存在的无法精确定位和驱动力不足的问题,分析了舱外载荷适配器的工作模式、关键部件、地面试验等关键技术和解决措施。针对未来我国先进载荷任务需求,提出了开展功能强大、承载能力强的主动式适配器研究建议;针对大型高轨航天器,提出了开展被动式适配器技术研究建议。     

可调节进刀的精车内球面装置

在普通车床上加工一端封闭的孟状内球面的装置。从采用多刀样板刀加工,过渡到简易的车内球装置,发展到有进刀机构的精车内球面装置的研制过程。该装置将曲柄滑块机构、转动机构、蜗轮蜗杆机构、圆柱齿条齿轴机构和斜面滑块机构溶为一体,利用四方刀架和尾架实现在内球加工中由溜板的纵向送进变为圆周送进,还可使刀具具有径向进刀的功能。该装置定心准、走形正、效率高、质量好,而且结构紧凑,使用方便,通用性强。还介绍了内球面加工的工艺及精度分析。     

石英加速度计失准角超差分析及解决方案

针对石英挠性加速度计输入轴失准角容易超差的问题,提出了一种新型加速度计失准角调平系统。首先,通过分析加速度计调平原理,从材料、结构等方面对失准角超差的原因进行了研究;然后,通过有限元仿真分析以及环境试验验证,定位了失准角超差的主要原因。研究表明：失准角调平时,由于调平带来了表芯与表壳之间的调平应力,环境试验加速了表壳屈服,造成表芯空间位置发生变化,进而造成失准角超差。针对失准角超差的原因,颠覆性设计了一种非限制自由度的加速度计输出轴失准角调平系统,调平系统在满足微小装配间隙的情况下,表芯可以随着表芯进行随动,避免了挠性吊装螺杆因为变形而带来的应力。该系统可以进行任意方向的失准角调平,从根本上避免了输入轴失准角的超差问题。这种新型调平系统可以将加速度计失准调控制在极小范围内,而且表芯和表壳之间不存在任何调平应力。试验数据表明：新型调平系统可以使失准角趋近于零,且长期稳定性优于于5″。     

大尺寸薄壁轴承滤光轮机构的设计与试验

为实现光学遥感器的多谱段成像,设计了一种基于大尺寸薄壁轴承的滤光轮机构,将不同光谱透过率的滤光片分时切入光路,配合探测器成像。以大尺寸薄壁轴承作为外围支撑,实现滤光轮机构的360°旋转运动。对研制产品进行力学环境试验,对同批次试验件进行1:1真空寿命试验,试验前后对产品和试验件分别进行功能性能测试,结果表明机构的刚度和驱动力矩裕度指标均优于总体要求。对寿命试验后的固体润滑轴承进行了拆解分析及寿命评估,结果显示寿命末期轴承磨损正常,未发生失效。通过试验对比分析表明,基于大尺寸薄壁轴承滤光轮机构的设计方案具有可行性。     

一种提高太阳能帆板受晒效率方法

为提高航天器空间太阳能利用率,提出了一种可实现帆板对日定向功能的改进太阳能帆板双自由度驱动机构。根据航天器的轨道理论推导出在对日定向要求下太阳能帆板的运动规律和机构的运动轨迹,并给出了双自由度驱动机构的轨迹规划和驱动轴实时转角。仿真结果表明:用该法能实现帆板的对日定向,提高其受晒效率,对未来航天器太阳能帆板驱动机构设计与控制有一定的参考价值。     

一种高精度半角反射镜指向机构的设计与实现

为了实现"海洋一号"C/D卫星定标光谱仪的星上太阳定标,完成星下点±30°定标区域内高精度成像,文章采用直接驱动方式设计了一种高精度半角反射镜指向机构。为了避免间接驱动引入的误差,实现角秒级的定位精度,半角机构采用了固体润滑角接触球轴承支撑,高精度分体式直流力矩电机驱动,测角反馈元件为无刷双通道旋转变压器,指向定位控制采用了基于位置反馈的闭环控制。在仿真基础上研制了等比试验件,通过了振动、寿命和温度等试验测试,机构指向和定位精度分别优于36″和18″。仿真和试验结果表明,文章提出的基于直接驱动方式的设计方法能够满足在轨指向高精度的要求,可为后续空间高精度半角机构以及类似的指向定位机构研制提供参考。     

基于空间光反馈的复合轴跟踪稳定特性研究

复合轴系统通过粗瞄结构和精瞄机构配合，解决了空间光通信大角度和高精度跟踪之间的矛盾，是实现高速率空间光通信的重要手段。但是粗瞄和精瞄配合工作也给复合轴系统带来了复杂的解耦问题，使整个系统的鲁棒性降低，在跟踪速率变化较快的目标时，容易出现振荡，甚至使系统处于不稳定状态。以复合轴系统为研究基础，通过伯德图对系统的跟踪带宽、精度和稳定性进行分析，得到解耦过程是影响复合轴系统稳定性的主要原因。提出了基于跟踪微分器的线性自抗扰复合轴控制解耦方案，在保证系统精度的情况下，抑制系统在解耦过程中可能出现的振荡发散现象。在卫星轨道模拟平台上进行复合轴跟踪实验，实验结果证明，在最大角加速度0.32°/s2的轨道运动和最大角加速度2.26°/s2的微振动情况下，改进复合轴控制有效地提高了系统跟踪的稳定性，最终跟踪精度优于1 μrad(3σ)。     

基于红外光轴信息的旋转弹位置姿态解算研究

基于旋转导弹的原设计,在旋转弹消旋平台上安装两轴框架,将红外探测光轴固定于框架上,采用微型惯组固连于红外探测光轴的底端以简化旋转弹导引头结构与多模复合设计,对基于红外光轴信息的旋转弹位置姿态解算方法进行了研究,以实现导引头搜索至截获目标期间的姿态和位置的解算。给出了消旋平台和惯组的总体设计,采用引入框架码盘和消旋平台数据的方法,正确解算出此阶段导航信息,确保弹体的平稳准确飞行。建立了引入框架码盘误差后的位置姿态解算模型及流程。理论推导了框架转换定位与姿态及其相应误差。在两轴转台上用实物导引头验证了算法的正确性。对误差补偿设计和惯组精度需求进行了量化分析与验证。结果表明:陀螺漂移量控制在0.1(°)/s以内,初始姿态角误差控制在0.2°以内,探测器指向误差可达到半视场优于0.2°;加速度计误差控制在0.1m/s~2以内,码盘误差控制在0.04°以内,惯导定位误差在10s内可保证小于10m。该结论对此类旋转弹的后续发展有重要的参考意义。     

太空接吻大写意

6月18日14时07分许,神舟九号与天宫一号对接环刚一接触,飞船尾部4台发动机随即点火,将飞船轻轻推进天宫怀抱。不到8分钟,对接机构先后完成捕获、缓冲、拉近和锁紧4个过程。神舟九号和天宫一号实现刚性连接,组合体以7．8千米／秒的速度绕地球飞行,中国首次载人自动交会对接顺利完成。     

重叠可展开天线双轴指向机构的设计及应用

针对重叠可展开天线占星空间大、指向精度要求高等问题,设计了一种双轴指向机构,该机构通过以电机外壳为轴来使用,旋转变压器直接装配在电机外壳上的方法,使得机构整体结构紧凑,负载力矩及驱动力矩较大,能够可靠实现重叠天线的在轨展开和捕跟运动。并设计了硬限位功能,能在天线失效或控制失误时有效保护天线本身以及卫星上其他产品。重点阐述了该指向机构的工作原理及组成、结构设计及其相应的校核计算,校核结果表明,其关键指标断电保持力矩大于3Nm,裕度远远超过在轨指标,实验结果表明其转动精度高达0.008°,通过实际项目中的部分真实数据及飞行卫星上的成功应用充分验证了其可行性和高效性,新型双轴指向机构的设计对多重叠天线的实现有一定的贡献意义。     

空间相机定标机构退出装置设计

针对星载空间相机定标机构卡滞在光路里会引起相机成像功能的损失问题,设计了一种退出装置,采用记忆合金驱动器带动离合器分离齿轮和负载轴,排除电机和控制电路的故障;退出驱动源选用卷簧,独立于负载轴支撑,借助记忆合金致动器触发卷簧动作。经ADAMS软件运动仿真和退出试验,验证了该退出装置无运动干涉,能够实现退出功能。结果表明:退出装置的驱动力矩达到电机传递给负载轴力矩的2.3倍,可以解决定标机构的电机、控制电路失效以及摩擦力矩上升至超过电机驱动能力引起的卡滞问题,并且质量较冗余设计节省32%。     

空间红外遥感器定标机构故障应急退出装置

针对空间红外遥感器定标机构故障模式,首次设计了一种基于记忆合金的应急退出装置,以解决因电机或控制电路故障而导致的整个成像系统失效问题。该应急退出装置通过对记忆合金棒进行加热,使其受热收缩,从而驱动齿轮传动系统脱离啮合状态,完成机构复位运动。为验证该应急退出装置的功能和性能,利用研制产品进行了真空、大气环境等多种状态下的应急退出试验。结果表明:在大气和真空环境中,该装置能实现多种状态下的可靠退出功能;在28 V额定直流工作电压下,应急退出总时间可达145～152 s。该机构具有实现简便、可靠性高、退出速度快等优点,在空间机构的故障应急方面具有较大的工程应用潜力。     

基于多体仿真模型的运动机构可靠性仿真试验系统研究

以蒙特卡罗法为理论核心,利用多体运动学和动力学分析软件--LMS Virtual.Lab作为运动机构可靠性分析平台,通过Visual Basic.NET程序设计语言建立用户界面并实现对LMS Virtual.Lab的调用,以进行运动机构的可靠性仿真试验,采用得到的随机变量数据库和结果数据库对运动机构进行典型失效模式的可靠性分析,从而形成了一套可以实现运动机构的可靠性仿真与分析功能的可靠性仿真试验系统.以对心曲柄滑块机构为例,进行了几何尺寸误差和运动副间隙误差影响下的机构运动精度可靠性分析;以某锁机构为例,研究多失效模式下动力学特性对于机构定位可靠性的影响并进行了灵敏性分析.通过这两个实例验证该可靠性仿真试验系统进行机构可靠性仿真试验和可靠性分析的可行性和有效性.