大型反射面的充气展开动力学研究

为了掌握大型反射面从收拢状态到完全展开状态的动力学特性，采用气囊模型和控制体积(CV)法对反射面的充气展开过程进行研究。建立了包含中心轮毂、肋板、支撑杆、薄膜圆环和张拉绳的反射面有限元模型，提出逆解法获得折叠收拢状态下反射面的节点坐标，给出了充气展开动力学分析流程，获得了恒定充气速率下展开过程中圆环充气体积、环内压力等参数与展开时间的变化规律。结果表明，采用充气技术可进行大型反射面有序可控展开，反射面的充气展开过程分初始收拢状态、解锁释放、肋板展开、保压稳定四个阶段，地面充气展开试验结果验证了仿真分析的准确性。     

薄膜充气管展开模拟试验

根据多体理论中凯恩方法建立的折叠充气管模型,模拟研究了V形折叠充气管的充气展开动力学特性.由管内气压变化与充气展开时间的关系,分析了不同充气速率和初始展开角时展开加速度与时间的关系.结果表明:该模拟方法有效,展开加速度与充气速率总体成正比.另发现,为改善充气管的展开动力学性能,需控制特定展开角度范围内的加速度波动.     

典型折叠充气管的建模修正与展开仿真

本文分别研究了Z形、卷曲形、嵌套形折叠充气管的有限元建模方法。折叠充气管在进行有限元建模时,由于折叠部位内外层蒙皮的长度不一致给模型带来几何误差。不同的折叠方式建模技巧各不相同,引入的误差量也各不相同,本文着重分析了Z形折叠和卷曲形折叠建模所产生的几何误差,并提出了相应的修正方法。针对三种典型折叠方式,建立了相应的有限元模型,并应用控制体积算法实现了充气管的展开仿真。仿真结果验证了修正方法的有效性。增加尼龙粘扣是实现长卷曲折叠管的有控制展开的有效手段之一,本文采用失效连接来模拟尼龙粘扣的作用,比较了有、无尼龙粘扣的卷曲管的展开过程。仿真结果表明采用尼龙粘扣既不会明显带来充气管额外质量和刚度的增加,又可保证展开次序和展开方向的可控性,改善了展开过程的稳定性。     

考虑压电耦合的空间充气展开结构频响特性分析

着眼于利用柔性压电元件获取空间充气展开结构的动力学特性，文章基于通用有限元软件ABAQUS，建立考虑压电耦合的空间充气展开结构频率响应分析方法，依次进行非线性充气预应力分析、模态分析和频率响应特性分析。以空间充气杆为例，分别利用有限元仿真和地面实验的方法得到其频响曲线，两者共振峰频率偏差小于2.3%，验证了充气展开结构有限元仿真方法的有效性。研究结果可为进一步分析空间充气展开结构的动力学特性和实施结构优化设计提供参考。     

充气太阳能帆板展开动力学数值模拟预报

充气太阳能帆板是一种通过气体驱动支撑管展开的新型太阳能帆板。首先简要介绍其研究进展，然后针对充气展开支撑管，提出了分段式充气体积控制模型，基于LS—DYNA模拟了空间环境下Z型折叠充气太阳能帆板在支撑管无约束与有轴向约束控制时的展开过程，分析了支撑管每折叠段的气压变化，上横板的动力学特性以及基板的平面外振动，预报了展开过程中支撑管与基板的接触碰撞，并通过悬吊式展开试验验证了计算结果。结果表明，本文计算能够预报充气太阳能帆板在空间展开的动力学特性。     

薄膜充气管充气展开特性试验

用展开导轨消除因重力产生的摩擦力,在不同充气速率与初始展开角条件下对薄膜材料充气管的充气展开特性进行了试验研究,获得了展开角,以及展开加速度和内气压的变化规律。试验及分析结果表明:充气管的充气膨胀与展开相互独立,充气膨胀过程近似为等压增容过程,折叠部位的气压变化特性与整体气压变化特性差异明显。     

空间结构展开与刚化

空间展开结构具有能构建大型结构、轻质而且成本低廉的特点。在航天器中呈折叠状的空间结构在空间充气展开后,要呈刚化,使其不因温度变化而引起变形并且不会因空间碎片或流星体的碰撞而被损坏。文中提出了展开前的折叠方法和包装效率评估方法。提出了两种刚化薄膜,在储存状态下易于折叠并能保持其所有的性能。一种采用单层薄膜浸渍长储存寿命树脂基的三轴编织纤维,另一种采用宽广温度范围长储存寿命的交互编织纤维刚性薄膜。     

折叠方式对折叠翼气动及展开特性的影响

折叠方式对折叠翼的气动特性及展开特性有重要影响。对对称折叠、顺向折叠方式下折叠翼的气动特性及展开运动过程分别进行了数值模拟仿真和动力学仿真,比较了折叠方式对折叠翼气动特性、展开运动特性的影响,并分析其影响机制。计算结果表明,相对状态下,与对称折叠时相比,顺向折叠时,下折叠翼所受气动力减小,上折叠翼略有增大,导致负攻角情况下顺向折叠时,下折叠翼展开时间增加,展开同步性增强;正攻角情况下下折叠翼展开时间减小,展开同步性减弱。侧滑状态下,两种折叠方式下折叠翼展开时间基本相当,由于背风侧下折叠翼展开时间减小,导致顺向折叠时折叠翼展开的同步性有所减弱。同时,在小展开角度下,顺向折叠时全弹纵向静稳定性有所提高。     

骨架充气压力对自充式气囊缓冲性能影响研究

缓冲气囊作为一种着陆缓冲手段,具有质量轻,折叠性能好,成本低等优势,成为了回收着陆领域的重点研究方向。自充式缓冲气囊是一种利用环境气体作为缓冲介质的缓冲气囊,其主要依靠骨架式充气结构作为缓冲气囊展开的驱动。通过这种设计,可以有效减少缓冲气囊充气装置的携气量,拓展缓冲气囊的应用范围。文章对自充式缓冲气囊的工作原理进行了介绍,并对自充式缓冲气囊的缓冲过程进行了仿真研究。研究过程主要针对骨架式充气结构充气压力对气囊缓冲性能的影响进行了分析,并对其充气压力进行了优化选择。研究结果表明,对骨架式充气结构的充气压力进行优化,可以改善自充式缓冲气囊的性能。最后,引用相关试验结果,对优化结果后的充气展开性能进行了佐证。     

空间结构展开与刚化

空间展开结构具有能构建大型结构、轻质而且成本低廉的特点。在航天器中呈折叠状的空间结构在空间充气展开后，要呈刚化，使其不因温度变化而引起变形并且不会因空间碎片或流星体的碰撞而被损坏。文中提出了展开前的折叠方法和包装效率评估方法。提出了两种刚化薄膜，在储存状态下易于折叠并能保持其所有的性能。一种采用单层薄膜浸渍长储存寿命树脂基的三轴编织纤维，另一种采用宽广温度范围长储存寿命的交互编织纤维刚性薄膜。     

充气展开式新型空间回收技术展望

文章介绍了可充气展开技术的概念及其发展情况 ,对基于此技术回收系统的设计进行了探讨 ,提出了在新型热防护材料基础上 ,将充气展开技术和展开控制等方法相结合 ,应用到回收系统中去的新思路 ,并就未来 10到 2 0年间充气展开技术在回收技术中的应用予以展望。     

Analysis of dynamic behaviour of inflatable booms in zigzag and modified zigzag folding patterns

The deployment behaviour of inflatable booms with zigzag and modified zigzag folding patterns is experimentally and theoretically investigated in this paper with the aim to deploy the booms as the actuator for future deployable large-scale membrane structures. Regarding the experimental approach, the stable deployment of a modified zigzag folding pattern is demonstrated, and the relation between stable and unstable deployment behaviour is considered in relation to air pressure and flow rate. In terms of the theoretical approach, the folding process and deployment behaviour are simulated using commercially available software (PAM-CRACH and PAM-SAFE). To create folding lines from the zero stress condition in the case of analytical inflatable boom models, the stress distribution and the shapes of the folding lines are considered for the initial self-deployment behaviour and deployment behaviour using the uniform pressure method. From the folding experiments and the results of folding analyses and UPM, the deployment behaviour of inflatable boom models in zigzag and modified zigzag folding patterns is compared by using the finite point-set method. For the sequential deployment behaviour, which is difficult to replicate, the uniform pressure method is used for the calculations, and the relation between inlet air flow and stable deployment behaviour is discussed through comparison of the experimental and analytical results.     

航天器柔性充气式密封舱结构技术的发展

综述了国外充气式舱体的发展历程和研究现状,提炼了其质量、体积、空间布局等3项技术优势,总结了充气式舱体的多功能层合材料体系技术、无损折叠设计技术、刚化技术和地面试验验证技术等4项重点研究内容,对该领域的发展趋势进行了展望,并提出我国的应对策略。     

Sensitivity studies of the deployment of a square inflatable solar sail with vanes

This paper summarizes the results of numerical experiments to determine the sensitivity of the final attitude of an inflatable solar sail with vanes after deployment to various parameters affecting the deployment process. These parameters are: in- and out-of-plane asymmetries during deployment, length inflation profile, and vane deployment failures. We show how robust the sail deployment is to geometric asymmetries before a 35° off-Sun angle is reached. Differential delays in the time to inflate the booms and a boom sweep-back angle affect the stability favorably. Adjacent vane failures to deploy affect the stability unfavorably, while the failure of opposing vanes is acceptable. Realistic boom length rate profiles obtained during ground tests are used in the simulation showing that failing adjacent vanes in conjunction with initial inflation delays in adjacent booms represent the worst case. We also demonstrate that by feeding back attitude and attitude rate measurements so that a corrective action is taken during the deployment, the final attitude can be maintained very close to the initial attitude, thus mitigating the attitude changes incurred during deployment.     

一种新型充气式重力梯度杆的研制和在轨展开试验

文章对中国“新技术验证一号”卫星搭载的一种新型充气式重力梯度杆的研制和在轨试验情况进行了介绍。重力梯度杆在小卫星控制领域中具有较好的应用前景,而充气结构具有轻质、占用空间小、发射成本低的特点,采用充气式重力梯度杆可避免传统机械式重力梯度杆质量重、尺寸大和机构复杂的缺点,它以充气伸展臂为主要结构形式,通过充气展开伸直成为重力梯度杆,既作为卫星重力梯度杆又通过在轨试验验证空间充气展开结构的性能。在轨试验结果表明充气式重力梯度杆展开稳定、有序、性能可靠,可以满足小卫星的性能和功能要求。该试验也是中国首个成功的充气展开结构在轨技术验证试验,标志着中国的充气展开结构技术初步具备了工程化能力。     

空间充气展开结构的材料成型固化技术综述

空间充气展开结构的体积小,质量轻,可用于构建大型空间结构,在航天领域具有广阔的应用前景。空间充气展开结构需要采用柔性材料,通过充气展开成型固化使柔性材料具有足够的强度和刚度。成型固化是研制空间充气展开结构的关键技术之一,文章介绍了四种成型固化技术：铝／聚合物薄膜成型固化技术、热成型固化技术、热塑性／形状记忆成型固化技术和紫外线成型固化技术。通过分析,认为在目前条件下铝／聚合物薄膜成型固化技术更接近于空间充气展开结构的实际应用。