阿里安5提出新的上面级设计

阿里安５提出新的上面级设计尽管欧洲新的重型阿里安５火箭还未结束飞行鉴定工作，但该项目已在采取一些初步措施来改进这种火箭的性能，以适应未来的市场需求。其中的性能２０００改进计划包括一系列小的改进措施，目前已在实施之中。计划中的改进措施包括减小裕度，使火...     

上面级直接入轨卫星的上升段温度控制及预示

为满足卫星在上升段持续时间长、外热流复杂、能源紧张等不利因素下的温度控制要求,需采取相应控温策略并进行预示。针对采用上面级"一箭双星"直接发射入轨的北斗三号中轨道导航卫星,进行了上升段期间的热分析并阐述了地面段和上升段的控温策略,通过仿真分析预示双星在上升段的温度变化,结合飞行数据,验证仿真分析的准确性以及控温策略的有效性,并获得星上各区域设备上升段的温度变化特性。结果表明:通过控制发射前整流罩内的初始温度以及采用延时指令开启相应区域固定功率加热器,上升段期间未开机设备均能保持缓慢的温度下降速率,所有星上设备温度均在要求的范围内。采取的控制策略对其他需保持较长时间低温储存状态的高轨航天器,以及深空探测器温控设计提供了一定参考。     

美国上面级的研制概况

一、美国上面级的发展史 运载火箭发射不带近地点发动机的高轨道通信卫星时,都需要采用轨道转移级作为其上面级。美国在50年代末到70年代中期研制的早期上面级有艾伯尔、艾伯尔星、阿金纳、阿金纳B和D、博纳2、半人马座1D、转移星和土星4B等。艾伯尔和艾伯尔星是其中最早研制的上面级,     

美国新型低温上面级的预研情况

二十五年来,美国宇航局和美国空军一直打算开展多种先进的低温上面级的研制,如 AMPS、OOS、STV、TUG,HEUS、OTV、AUS 等等,但到现在为止,都还始终处于预研阶段,人马座上面级仍在继续改进。利用现有的经费研制一种全新的上面级,以获得比人马座更佳的工作性能和经济效益,这种情况迄今还没有体现出来。本文简要介绍通用动力公司预研的几种先进的上面级方案和基本费用情况。迄今为止,在美国的上面级序列里,只有人马座是采用液氢/液氧推进剂的高能上面级。它已随宇宙神和大力神运载火箭发射了约80次。对人马座继续改进的重点是增加可靠性、降低发射费用、增加滞空时间等。但是,在美国航天界一直存在两种倾向的经费投向,一种是为改进人马座继续投资,另一种则认为应开始研制一种全新的高能上面级,通用动力公司对改进人马座和研制新型上面级两方面部很感兴趣。研制一种全新型的发动机、具有一体化健康管理(IHM)功能的控制系统组成的全新型上面级及其地面辅助设施将需资金20亿美元左右,而其工作性能也许只比人马座提高约10%,这样,研制一种全新型的上面级将是不经济的,除非有特殊的要求,如需要进行载人月球或火星环绕旅行任务,否则,将不会开展全新型的上面级研制。     

美国的新型运载火箭及其通用上面级

本文全面介绍了美国的金牛座陆射型运载火箭及其与飞马座空射型火箭的通用上面级飞马星的研制情况,较详细地叙述了金牛座火箭的设计方案、性能和发射支援设备。     

上面级结构模态试验与分析技术

文章介绍了MOTOROLA模拟星+上面级适配器的模态试验技术与分析计算技术,给出了如何用试验与分析相结合的方法来解决复杂结构的动特性问题,其中包括识别复杂空间密集模态的试验技术,广义结构的模态计算技术、以及试验与计算相结合的技术.     

美国的未来上面级技术研究

本文对空间转移飞行器(Space Transfer Vehicle)方案及在可行性研究中得到的有关技术和设计构想进行了论述。通过组件的模块化、提高通用性,并采用所设想的分系统,如推进/控制系统舱(P/A)和一体化的模块式发动机组(IME),可以降低发射系统的费用。一体化飞行器的健康管理(IVHM)技术和现代化的技术开发环境可以降低未来上面级的费用和运转维护费用。本文最后对采用这些设想、从近期的小型上面级到月球转移入轨级(TLI)的系统结构进行了描述,并推荐了利用这些设想研制未来上面级的发展途径。     

长时间在轨上面级动力系统关键技术研究

上面级动力系统提供用于变轨所需要的动力,同时提供姿态控制、推进剂沉底、末速修正功能所需要的动力,将上面级和北斗导航卫星一起送入预定轨道。回顾了从早期的上面级动力系统选型论证到后续的关键技术攻关过程,对比研究了泵压式与挤压式动力系统的技术优势,分析了动力系统研制过程中的主要关键技术,并对关键技术的应用情况进行了总结,最后提出了长时间在轨上面级动力系统的后续发展建议。     

远征上面级研制技术发展

远征上面级研制自2009年开始,经过6年研制工作后,2015年3月30日成功首飞,至今已发展形成了适应不同发射需求的远征系列上面级,累计发射近20次,将40余颗大型航天器精准送入中轨道(MEO)、地球同步轨道(GEO)、倾斜地球同步轨道(IGSO)、太阳同步轨道(SSO)、再入轨道等多种空间轨道,实现了空间运输系统跨越式发展。对10年来远征上面级的研制技术发展进行了回顾,分析了其技术优势和关键技术研究情况,并对我国上面级的后续发展提出建议。     

多星发射上面级变结构鲁棒控制

针对多星发射上面级释放掉1颗卫星后,因质心横移较大而产生质量不对称,通道间存在耦合的情况,提出采用变结构鲁棒控制的方法,使结构干扰和通道间的耦合对系统的影响衰减到一个给定的水平ρ,同时获得一个给定的H∞跟踪性能指标。理论分析和仿真结果表明,本文设计的控制系统对干扰和耦合量进行了有效的衰减,并使系统具有良好的鲁棒性。     

基于有限元法的离轴TMA结构选型分析

运用CAD软件Pro/E建立了采用离轴非球面三反射镜光学系统空间遥感器的几何模型,并在此基础上建立了有限元模型。分析了4种结构构型方案的综合特性,包括自重变形分析、模态分析和热特性分析。通过对比4种方案的计算结果,说明其中两种结构设计在方案设计阶段具有一定的优势。     

某航天器姿态控制机组随机振动响应分析

根据结构件宽带随机振动原理,用NASTRAN有限元分析软件对某航天器姿态控制机组的随机振动应力进行了动力学分析。用大质量法模拟基础加速度激励,用模态法计算频率响应。分析表明,计算值与试验结果基本一致。该分析法可在设计阶段用于预示产品的随机振动响应。     

基于有限元法的离轴TMA结构选型分析

运用CAD软件Pro／E建立了采用离轴非球面三反射镜光学系统空间遥感器的几何模型，并在此基础上建立了有限元模型。分析了4种结构构型方案的综合特性，包括自重变形分析、模态分析和热特性分析。通过对比4种方案的计算结果，说明其中两种结构设计在方案设计阶段具有一定的优势。     

有限元分析在结构设计中的应用

应用有限元分析软件MSC PATRAN和MSC NASTRAN ,对激光捷联惯测组合的机箱结构进行静力分析和模态分析 ,定量地得到机箱厚度和加强筋的截面尺寸对机箱变形量和应力分布以及固有频率的影响 ,进一步将这种方法推广到各弹上仪器的结构设计中 ,从而使弹上仪器达到优化强重比的要求。     

基于序列凸优化的上面级远程交会轨迹优化

针对末端时间自由的上面级远程交会问题,提出一种基于序列凸优化的上面级远程交会轨迹优化方法.首先建立了末端时间自由的上面级远程交会模型,通过约束松弛和线性化等方法将该模型转化为一组可以迭代求解的凸优化问题.其次结合上面级发动机推力较大的特点,采用双脉冲变轨的计算结果作为迭代初值,进而减少迭代次数.最后用对偶内点法求出远程...     

上面级动力系统发动机热控设计及验证

针对上面级动力系统发动机温度需求,设计了发动机热控方案,建立了25、5 000 N发动机热仿真模型,确定了各发动机加热功率及被动包覆方式,解决了加热器尺寸小、电阻值密度大以及热控组件安装方式难等问题,上面级发动机随整箭进行了热试验验证和飞行试验验证。验证结果表明:25 N发动机法兰和5 000 N发动机壳体温度均在5 ℃以上,发动机温度水平和加热功耗均满足系统要求,验证了热控设计的有效性,可为类似发动机热控研制提供一定参考。     

基于FEA的复合材料结构极限承载失效预测

针对复合材料层合板失效分析,基于经典层合板理论与一阶剪切变形理论,通过层合板等效刚度以及各单层板的应力-应变建立了一种并行多尺度方法,并基于此方法采用FORTRAN语言编写了子程序,通过与试验结果以及有限元分析(Finite Element Analysis, FEA)软件内嵌的复合材料失效模型进行对比,证实了并行多尺度方法的可行性,实现了对复合材料层合板在多种工况情况下的渐进损伤分析。     

基于三维有限元的火箭模态振型斜率预示方法研究

振型斜率火箭是姿控系统设计的重要参数,对飞行任务的可靠性与安全性有着至关重要的作用。依据全箭动特性的测量原理及参数定义,结合三维有限元建模方法和模型修正技术,全面考虑了速率陀螺、惯组安装位置处的局部刚度对振型和振型斜率的影响,建立了基于局部细节精细化建模的全箭模态振型斜率预示方法,并总结了3种不同的振型斜率提取方法,提高了振型斜率的预示精度。同时提供了三维模型振型一维化的方法,解决了使用三维有限元模型计算弹性运动方程式系数的难题。     

基于拟欧拉角描述的上面级姿态控制律设计

上面级在多星部署过程中将涉及大角度姿态机动问题,卫星释放所引起的质心横移将给上面级姿态控制带来困难。根据系统质心的横移情况,在上面级体坐标系中确定矢量喷管的平衡位置,进而确定出矢量喷管指向指令方向时的上面级姿态。调制姿态四元数可以得到描述上面级姿态偏差的拟欧拉角及相应的拟欧拉角速度,在拟欧拉角描述的上面级姿态运动模型的基础上,选择合适的滑模面,构造变结构控制律。仿真结果表明,该控制律可对上面级姿态进行控制,进而实现对矢量喷管指向的间接控制,喷管摆角的限幅不会影响姿态控制的过程。