航天飞机及火箭的羽流试验技术

火箭发动机排气羽流的影响是研制火箭运载器的一个关键问题。本文综述了羽流对航天飞机和火箭底部流动、底部加热的影响。重点综述了冷气试验方法,并指出了冷气模拟试验的相似准则的参数组合关系式。冷气试验费用不大,试验周期短,是确定底部压力的最佳方法,试验重点在跨声速和低超声速飞行区域。本文对热气试验方法也作了介绍。热气试验可模拟羽流的真实热力学特性,但耗费大,技术复杂。火箭发动机羽流模拟应由风洞试验来确定。本文简述了进行羽流模拟试验的地面试验设备。     

航天器结构可靠性安全系数设计方法研究

火箭、导弹等航天器结构安全系数是强度设计考虑的关键参数,是设计载荷与使用载荷的比值,通常考虑材料性能散差、载荷计算偏差、结构零部件的制造工艺水平和稳定性等。目前航天器结构强度校核基本沿用传统的确定性安全系数方法,这种方法简单、可靠,但是随着航天器总体设计技术的发展和国际商业航天市场竞争的白热化,结构减重需求日趋增强,对安全系数进行精细化设计成为了一个重要的研究课题。基于此,本文开展了基于结构可靠性的航天器结构安全系数设计方法研究,给出了基于应力强度干涉模型的可靠性安全系数设计方法和设计流程,提出了基于总体偏差概率设计的航天器飞行载荷变差系数确定方法,给出了基于试验和数值仿真的导弹强度变差系数工程设计方法,可实现航天器结构安全系数精细化设计、结构减重,对提升航天器总体性能和运载能力具有重要的意义。     

捆绑火箭竖立状态下地面风激振动模型风洞试验研究

火箭竖立在发射台上时的地面风激振动载荷是火箭尾段结构的设计状态。本文是捆绑火箭的地面风激振动的风洞试验研究的部分结果。文中介绍了地面风载荷模型风洞试验的原理、模型相似要求,以及模拟试验技术、试验方法与数据处理等。并讨论了助推器、外表面突出物与鼓包不对称分布的影响等。     

航天器系统级减振/隔振应用研究及其进展

研制减振、隔振系统对于改善卫星在火箭主动段飞行中的动态环境,降低卫星主结构的低频动力学载荷,提高卫星的可靠性具有重要的实际应用价值。对系统级减振、隔振在航天中应用进行了综述,并对目前国内航天在整星减振隔振研制中遇到的问题及进展情况,进行了介绍,对后续发展进行了展望。     

结构动力可靠性探讨

结构可靠度是结构设计的重要指标之一。在工程设计中,作用在结构上的载荷往往是一个随机过程,例如,作用在高耸结构上的阵风,作用在建筑物上的地震载荷以及作用在火箭弹体上的脉动载荷等等。本文采用结构有限元分析方法,基于首次超越破坏模型和累积疲劳损伤破坏模型,介绍了一个计算在随机载荷和随机运动约束下的结构动力点可靠度的计算系统。     

基于时域法的运载火箭风载荷动力响应分析

为研究新一代运载火箭在垂直转运过程中所受地面风载荷的影响问题,采用时域法对运载火箭地面风载荷响应特性进行了分析。编制了基于谐波叠加法的地面风载荷时程样本模拟程序,并通过与目标功率谱函数的对比来验证程序的正确性。在建立火箭有限元分析模型的基础上,对火箭在不同参考风速下的动力响应进行了计算分析。分析结果表明：编制的基于谐波叠加法matlab程序能很好的模拟脉动风载荷,火箭风载荷动力响应随参考风速的增加而增大。     

圆柱形块壳的动力稳定性

在导弹、火箭的飞行过程中,弹体结构除了承受静载荷外,还承受脉动载荷的作用。本文研究了在轴向静载和脉动载荷联合作用下,圆柱形块壳的动力稳定性问题,给出了结构主要不稳定区域和“联合”共振不稳定区域边界的计算方法,分析了单频脉动轴压、同相位多频脉动轴压和阻尼对结构动力不稳定区域的影响。分析计算结果表明:当使用轴向载荷接近于结构轴压失稳临界载荷时,小的脉动轴向载荷可能导致结构提前失去稳定性,而且失稳模态不同于静力失稳模态。因此,在结构设计中,宜采用载荷频谱图和结构动力不稳定区域图进行结构强度校核和结构可靠性评估。     

运载火箭助推器关机冲击载荷减缓方法研究

新一代火箭发动机推力大,关机时刻推力变化快,火箭纵向冲击载荷显著增大。纵向冲击载荷的显著增加,不仅会增加有效载荷及箭上设备抗振环境设计代价,还给箭体结构设计带来了较大负担,严重影响全箭舒适性和整体结构效率。本文对该冲击载荷进行研究,提出了一种利用发动机关机时序抑制纵向冲击载荷的减载方法,经过理论分析和仿真计算验证,减载方法具有良好效果。     

管路结构振动载荷设计与评估技术

基于等效加速度均方根开展管路结构载荷分析理论和方法研究。提出了由结构振动响应功率谱密度直接获取其单模态区域均方根值的等效白噪声激励的简化计算方法,为管路结构载荷分析的过程中实测数据的快速处理提供了依据。文章最后通过实际算例证明了等效载荷分析及其计算方法的有效性,该方法对管路结构载荷设计与评估具有重要的指导意义。     

低气压环境火箭底部柔性防热材料隔热试验研究

文章针对飞行环境的压力变化,采用低气压环境复合瞬态热试验系统,在常压、20kPa、2kPa三种压力环境下模拟了火箭底部柔性防热材料在飞行过程中的瞬态热载荷.通过测试试件升温状态及表面烧蚀状态,研究压力环境对材料隔热性能的影响.通过试验结果对比分析,发现箭体底部柔性防热材料的升温幅度与烧蚀程度均随环境压力的下降而降低,2...     

微小卫星雷达隐身性能的在轨逆合成孔径雷达成像验证

成像雷达是空间目标监视系统中的重要组成部分.为深入评估某微小卫星的隐身性能,对卫星的逆合成孔径雷达(ISAR)成像效果进行预测,从雷达成像角度评估卫星的隐身效果.首先简述用于空间目标成像的ISAR成像的基本原理.然后构造卫星的散射点模型,散射系数采用微波暗室的实际测量值.依据仿真雷达系统参数和卫星实际在轨运行参数,计算卫星ISAR成像所需成像时间.对卫星3种飞行姿态,即卫星顶部指向地球表面的隐身姿态、卫星顶部与飞行方向一致和卫星底部指向地球表面两种非隐身姿态,以及不同信噪比情况,进行ISAR仿真,详细分析每种情况下的运动补偿效果和最终ISAR成像效果,说明了卫星隐身设计的有效性.     

基于代理模型的车载雷达阵面风载疲劳分析

本文采用时域疲劳评估方法对风荷载作用下的结构疲劳寿命进行评估。准确的风载荷等效模型是结构时域响应预示的基础,高精度的时域响应预示方法是实现疲劳评估的关键。在风载荷模型等效方面,根据结构面临的实际载荷工况,通过CFD分析得到阵面在不同角度下的风压分布,利用响应面代理模型拟合出阵面各特征点的风压多项式,进而投影插值得到有限元网格单元上的风载荷曲线。在结构时域响应预示方法方面,发展基于直接法的结构时域响应预示方法,进而研究计算步长、计算格式等对计算精度和计算效率的影响,为疲劳评估提供准确的结构应力时间历程。在时域疲劳评估方法方面,采用雨流计数法对应力/应变的时间历程循环计数,结合材料的疲劳性能对结构进行疲劳寿命预测。基于以上研究,形成适用于工程计算的风载荷作用下的结构疲劳评估方法,为雷达结构设计提供参考。     

助推器支承的火箭地面风载荷非定常气动系数（下）

根据新一代运载火箭CZ．5及其动力学相似缩比模型的助推支承、两个弯曲模态主方向的模态参数有显著差别的特点,推导了火箭地面风载荷在模态主方向的非定常气动弯矩系数,给出了非定常气动弯矩的计算方法,并通过坐标转换,得到风轴气动弯矩系数的计算公式。将非定常气动弯矩系数中与动特性有关的参数统称为动态弯矩因子,从而统一了所有类型火箭的地面风载荷非定常气动弯矩系数的计算公式。此外为简化助推器支承火箭地面风载荷的试验方法,给出了气动加速度和位移系数的计算方法,提出了加速度因子和动态位移因子的概念。通过对CZ．5缩比弹性模型的动特性和弯矩因子的计算,分析了支承筒和不同构型模型的影响,并根据各阶弯曲模态对应的不同响应因子的变化,证明了地面风载荷试验只计及一阶模态的合理性。建议采用弯矩和位移测量数据分析非定常气动系数,不宜直接采用加速度数据计算气动系数。     

TacSat-1卫星系统战术应用设计

介绍了美国国防部武力转型办公室所倡导研制的TacSat-1卫星系统在战术应用性能、技术特点、关键产品及系统运行等方面设计情况。简述了在网络中心战背景下该卫星系统所要实现的联合作战战术应用样式。描述了卫星系统在星地网络、电子通信载荷以及光学载荷等方面适应战术应用的设计与技术特点。在此基础上总结出卫星自动化、模块化、通用化设计、联合作战网络化、机器与机器自主化合作以及载荷设计低成本、实用化等战术微小卫星系统研制及应用的相关结论。     

助推器支承的火箭地面风载荷非定常气动系数（上）

根据新一代运载火箭CZ-5及其动力学相似缩比模型的助推支承、两个弯曲模态主方向的模态参数有显著差别的特点,推导了火箭地面风载荷在模态主方向的非定常气动弯矩系数,给出了非定常气动弯矩的计算方法,并通过坐标转换,得到风轴气动弯矩系数的计算公式。将非定常气动弯矩系数中与动特性有关的参数统称为动态弯矩因子,从而统一了所有类型火箭的地面风载荷非定常气动弯矩系数的计算公式。此外为简化助推器支承火箭地面风载荷的试验方法,给出了气动加速度和位移系数的计算方法,提出了加速度因子和动态位移因子的概念。通过对CZ-5缩比弹性模型的动特性和弯矩因子的计算,分析了支承筒和不同构型模型的影响,并根据各阶弯曲模态对应的不同响应因子的变化,证明了地面风载荷试验只计及一阶模态的合理性。建议采用弯矩和位移测量数据分析非定常气动系数,不宜直接采用加速度数据计算气动系数。     

运载火箭风载荷流固耦合分析方法

运载火箭风载荷关系到箭体结构设计、运载能力和成本等方面,因此准确分析和预示气动载荷有着非常重要的意义。基于计算流体力学(CFD)与结构动力学构建运载火箭竖立状态数值风洞模型,从而对火箭风载荷与响应进行流固耦合(FSI)分析。分析结果表明该方法能充分考虑箭体弹性振动与空气流场耦合效应,本文分析结果与试验结果在规律性方面上具有较好的一致性。     

基于NASTRAN的某复合材料机翼综合优化设计

基于NASTRAN软件,研究了在机翼打样设计阶段考虑颤振约束条件进行结构综合优化设计的方法.气动载荷采用亚音速偶极子格网法计算,颤振分析采用v-g法,优化中以最小质量为设计目标,设计变量为蒙皮铺层参数.对某复合材料后掠翼进行优化设计,设计结果满足静强度和刚度要求,颤振性能大幅度提高,对工程设计具有一定的参考作用.     

ANSYS在压电天平设计中的应用

利用ANSYS力电耦合的有限元分析方法,对一台三分量压电天平的性能进行评估。主要进行了静力、模态和瞬态响应特性分析,静力分析的目的是获得天平输出与施加载荷之间的关系,评估压电天平各分量的主灵敏度系数和分量间干扰灵敏度系数;模态分析的主要目的是获得压电天平的各阶振动频率和振型,用于评估天平的频率响应特性;瞬态响应特性分析主要用于评估天平在瞬态载荷下的响应特性,评估加速度计惯性补偿的有效性。ANSYS分析结果表明:压电天平的各分量主灵敏度较高,具有较好的分量间抗干扰能力,设计的天平频响较高,加速度计实现了对天平输出信号中惯性振动信号的补偿,能够满足激波风洞测力试验的需求。天平校准和风洞试验结果表明:天平的实际性能与有限元评估结果一致。     

固体火箭贮存延寿试验方法

本文对贮存延寿的指标体系进行了研究定义,提出了基于实际使用信息和地面试验验证方法相结合的固体火箭贮存延寿试验的准则和总体思路,形成了系统方法并应用于具体产品。通过延寿信息收集与分析、贮存失效模式分析、分解测试、理化试验分析、加速贮存试验、环境适应性试验、可靠性试验、安全性试验以及飞行试验、综合评估等层层递进,能够给出验证固体火箭满足贮存延寿一定年限和可靠性的寿命评估结论。研究成果为获取固体火箭的可靠贮存寿命、实现科学定寿提供了依据,获得了显著的社会和经济效益,提高了固体火箭的完好性水平。     

星载即插即用协议转换模块的SOC设计与实现

微小型卫星即插即用技术的发展取决于不同总线标准接口设备能够快速集成到同一网络中的能力。SpaceWire总线技术是一种星载网络总线标准,已成为网络拓扑结构中的主干网络,而空间即插即用协议（Space plug-and-play architecture,SPA）是美国航空航天学会（American institute of aeronautics and astronautics,AIAA）在SpaceWire标准基础上为了实现快速响应计划而提出的微小型卫星即插即用标准。目前国内正在使用的卫星载荷的通信协议都是非SpaceWire接口的,比如许多小型卫星上的光纤陀螺载荷采用RS442串口通信标准,红外摄像头载荷一般采用1394b标准。本文研究了将1394b接口高速红外摄像头与RS422低速串口光纤陀螺接口集成到SPA网络的协议转换原理和片上处理器（System on chip,SOC）设计,并且在现场可编程门阵列（Field programmable gate array,FPGA）开发板上进行了软硬件验证。