高精度航天器微振动建模与评估技术最近进展

航天器微振动是影响高精度航天器指向精度和成像质量等关键性能的重要因素,其力学环境极其复杂,工程上主要依靠理论建模和仿真评估手段进行分析和设计。从微振动力学环境、集成建模与综合评估技术、成熟软件系统和仿真实验设备等方面入手,全面介绍了国内外微振动集成建模与综合评估技术研究发展情况,结合国外发展和国内需求对我国相关技术研究的关键技术进行了分析,基于国内研究基础给出相关技术研究的发展思路。     

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。     

未来航天器的双相热调节系统

俄罗斯Келдыш中心和能源火箭公司、莫斯科国立技术大学及乌克兰航空学院共同研究出适用于高放热航天器的双相热调节系统,该系统具有较大的质量和较高的动力效率.     

航天器变构型模块化可维修技术

现有可维修航天器为实现可维修能力代价大,且技术发展途径不清晰,难以推广应用。本文在对国外可维修航天器技术特点分析的基础上,从可维修体系架构、可更换功能模块体系和即插即用接口体系3方面,提出了一种可维修航天器的通用设计方法。结合所提方法,设计了一种主结构可变构型的模块化可维修航天器,阐述了所涉及的关键技术。所设计的可维修航天器以开放式机械体系、分布式异构网络体系与可补加动力体系为核心架构,以两级功能模块和三级接口为可维修载体,以较小代价实现了可维修维护能力,降低了对维修操作方的能力要求,且系统功能性能可随技术的发展动态演进。所提方法与典型设计案例可为中国可维修航天器及相应技术的发展提供参考。     

三轴充液航天器建模及姿态稳定控制

针对目前文献中采用的充液航天器模型多为二维平面模型,而实际中充液航天器在轨运行环境为三维环境的情况,对一类贮箱关于航天器中心轴对称的三维面充液航天器进行了动力学建模与姿态控制研究,使其更具有实际意义。首先,根据航天器在轨运行的环境建立了参考坐标系,采用单摆模型等效液体燃料的晃动。在此基础上采用角动量守恒定律建立了充液航天器各个部分对其质心的惯性力矩,并将其与充液航天器动能方程推导得出的拉格朗日方程相结合,得出完整的动力学方程,完成了建模工作,并分析得出该欠驱动系统零动态不稳定的结论。最后,考虑航天器刚体部分常值转动惯量存在参数不精确,同时三轴力矩发生常值干扰的情况,设计了滑模控制器,保证了充液航天器在轨道坐标系上的姿态稳定。     

密闭舱室中微生物防控实践

随着人类对外太空认知的增加和探索的深入,星球之间的交叉感染问题引起了越来越多的关注。行星保护已成为航天开发领域的一个重要的关注热点。本文对生物再生生命保障地基综合试验系统"月宫一号"105天有人密闭舱室中的微生物污染问题作了实验研究。实验获取的空气微生物演替规律可为今后密闭BLSS实验中建立更有针对性的微生物防控措施提供依据,并为解决密闭舱室微生物污染问题提供重要经验。     

航天器故障诊断专家系统技术的应用和发展

阐述了航天器故障诊断技术的重要性。回顾了航天器故障诊断专家系统技术应用和发展的历史，列举了现已开发的航天器故障诊断专家系统，着重介绍了两个重要原型系统。指出了航天器故障诊断专家系统技术的发展方向。     

航天器环境试验标准体系研究

环境试验是航天器安全和可靠性的重要保障。本文在对航天器研制过程中所经历的环境及效应分析的基础上,从航天器的系统构成和航天器的研制流程角度,对航天器的环境试验进行了分类,进而构建了航天器系统级、分系统/组件级、材料/器件/电子元器件级的环境效应试验标准体系,这对航天器的研制及航天器的在轨安全和高可靠性具有重要意义。     

航天器解体模型研究的新进展

航天器解体模型用于描述航天器因爆炸或碰撞解体所产生碎片的数量、尺寸、面质比以及速度等特性的分布规律,对于空间碎片环境建模与演化、空间碎片撞击风险评估及空间解体事件分析具有重要意义。分析了目前广泛使用的NASA标准解体模型的特点,介绍了近年来国内外在航天器解体模型方面的研究进展。国外的研究主要介绍了日本九州大学和德国EMI实验室开展的卫星撞击试验以及NASA最近启动的新一轮卫星撞击研究项目。国内的研究主要介绍中国空气动力研究与发展中心(CARDC )开展的卫星撞击试验和仿真研究,以及在此基础上发展的CARDC-SBM航天器碰撞解体模型,并比较分析了该模型与 NASA 标准解体模型的差别。对当前航天器解体模型研究存在的不足进行了分析,提出了下一步应关注的研究方向。     

航天器动力学技术的发展和挑战

本文首先简要回顾了中国航天器动力学分析设计技术的研究发展和工程应用；然后，阐述了21世纪初期中国复杂航天器的发展对航天器动力学分析设计技术提出的新要求，重点分析了在动力学分析、仿真、优化与试验方面必须突破和解决的若干关键技术；最后，对中国航天器动力学分析设计技术的发展目标和前景作了展望。     

航天器姿态滑模变结构控制系统的设计

给出了航天器三轴动力学和四元数姿态运动学方程。在分析滑模变结构控制的基本原理和设计方法的基础上，通过二次型最优法解出航天器姿态角速度与姿态角之间的函数关系，进而得到滑动平面。在此基础上，应用滑模变结构控制方法对航天器姿态控制系统进行了设计和仿真，并与PID控制系统进行了分析比较。仿真结果表明，滑模控制系统具有良好的动态品质和稳态性能，体现了变结构控制的突出优点，对系统摄动和外加干扰具有极强的鲁棒性和自适应性。     

航天器液体晃动动力学的研究方法概述

液体晃动是一个在充液航天器总体设计中必须考虑的问题，本文概要地介绍了研究液体晃动问题的理论分析与试验方法，着重介绍了几种模拟液体大幅晃动的数值仿真方法。     

复杂结构动态分析/试验/设计与计算仿真技术的进展与应用

本文对复杂结构动态分析／试验／设计技术近三十年来的进展,包括有限元建模与组合结构分析、动态特性测试、计算模型修正和振动控制,以及新兴的计算机仿真和计算模型精确度认证等新思想、新技术的进展,进行了综合评述,同时还给出这些新技术在运载火箭和航天器方面的工程应用实例。     

螺旋桨旋转噪声等价声源中心的实验研究

本文研究了互谱分析法在噪声源定位应用上的理论和实验技术。为了得到用于噪声控制的螺旋桨旋转噪声的等价声源中心,研究涉及到互谱分析法的理论以及时间平均和空间平均的实验技术。这是一种工程方法。该方法可用于识别各种螺旋浆旋转噪声的等价声源中心,且可推广到其他声源的声源定位、声源识别领域。作为实例,识别AD—200轻型飞机的螺旋桨旋转噪声等价声源中心的测量取得了非常好的结果。 另外,本文对互谱分析法在声源定位上应用的有效性进行了理论分析,指出互谱分析法在声源定位方面有着广阔的应用前景。     

确定自旋航天器旋转轴的动平衡方法

本文研究自旋航天器的旋转轴的试验测定方法，给出自旋轴方向的表示方法及其与转动惯量，惯性积的关系，建立了利用动平衡试验的不平衡量确定自旋轴相对平衡旋转轴偏差的计算机公式，从而可以利用动平衡试验的测试结果确定自自旋轴的方向，文末的例中讨论了动平衡机的最小可达剩余不平衡量对试验结果的影响。     

层合阻尼薄板之各向异性参数对损耗因子的影响分析

运用各向异性层合阻尼结构理论分析方法和正交试验等分析方法。着重考察了各层纤维铺设角度。纵、横剪切模量和纵、横拉伸模量等各向异性参数对各向异性层合阻尼薄板阻尼性能参数——损耗因子的影响。结果表明：各向异性参数在不同的模态下对层合阻尼薄板损耗因子的影响力不同，其中。各向异性层纤维铺设角度的影响较为复杂。其影响力在不同层合阻尼结构、不同的模态下差异较大；而纵、横剪切模量、纵、横拉伸模量的影响力随着模态的升高逐渐增大。此外，通过对各向异性参数的变化影响进一步分析表明：各向异性参数的变化影响各有特点，具有结构优化的潜能。     

复合材料构件成型模具设计方法

树脂基纤维增强复合材料构件成型模具根据其材料可分为金属模和复合材料模,金属模利用数控加工方式制造.复合材料模利用过渡模铺帖成型,因其特殊的结构和工艺性,其设计过程和方法有别于普通的机械零件成型模具.本文分析了复合材料构件模具结构及现有设计存在的问题,采用数字化设计的方法和流程,解决了成型曲面的可加工性检测、成型曲面的整体偏置以及模具支架的参数化设计等关键技术,开发了相应的设计系统.     

非结构网格高超声速绕流数值模拟及涵道构型减阻特性分析

在非结构网格上对二维高超声速化学非平衡粘性绕流进行了数值模拟，并应用此方法对涵道构型高超声速减阻特性进行了数值分析。空间离散采用VanLeer逆风通量分裂格式，时间推进采用显式的Runge—Kutta格式。化学非平衡动力学模型为五组元五反应模型，对化学反应源项进行了点隐式格式处理，温度场的计算采用牛顿迭代法。分别对二维类弹头体涵道构型、二维半圆柱模型的高超声速绕流流场进行了数值模拟，得到了数值结果，并与完全气体绕流计算结果进行了对比分析。结果表明本文方法可以应用于高超声速绕流计算，并且涵道构型具有高超声速减阻特性。     

直升机结构响应主动控制研究中的若干问题

随着控制理论的不断发展，主动控制的实现方式也多种多样。在线辨识是自适应控制的关键所在，而辨识算法也是多种多样，这样结合在线辨识功能的自适应控制种类就更多。本文旨在对已经应用或者即将应用和可能应用到在直升机振动控制上的，并具有在线辨识功能的多种结构响应主动控制技术进行比较，并提出其中值得研究的若干问题，有助于今后的进一步研究。