26 m射电望远镜副面调整机构误差分析

新疆乌鲁木齐南山26 m射电望远镜（NSRT）采用 Stewart 并联机构实现副反射面（简称副面）五自由度运动调整。为确保并联机构的运动精度能满足射电望远镜高精度的指向要求,对影响副面调整机构运动精度的各项误差进行了分析。几何误差模拟结果显示,为使并联机构达到要求的精度,应保证杆长误差小于0.08 mm,铰链误差小于0.04 mm。通过对实测结果与仿真结果分析比较,得出回零误差是造成并联机构误差的主要原因。由于并联机构的回零检测装置主要由增量式编码器与限位开关组成,其中限位开关反馈信号的异常,会引起并联机构的回零误差,分析得到该因素是造成NSRT副面并联机构工作偏差的主要原因,这对并联机构的误差补偿具有指导意义。     

六支链轮腿式月面机器人机构优化设计

针对六支链轮腿式月面机器人构型尺寸综合及可调构型参数与运动性能适配的问题,以机器人爬坡作为典型工况,在ADAMS中建立了六支链轮腿机构参数化优化设计模型,分析了轮腿尺寸参数、腿部关节角与爬坡驱动力的关系,以爬坡中车轮驱动力最小为优化目标,计算得出了较优的机构尺寸及关节角参数。可为六支链轮腿式月面机器人移动机构的设计提供方法及依据。     

一种低副瓣波纹喇叭天线的设计与实现

文章设计了一种高斯分布的波纹喇叭天线,具有增益高、转换效率高、交叉极化低、相位中心不随频率变化的特点。该天线采用正交馈电,结构简单紧凑,以双线极化或圆极化方式工作。根据天线设计参数,建立了天线模型,进行了优化设计。仿真和实测结果表明,天线在频率34～36 GHz范围内,增益大于20dBi,方向图在E面和H面具有良好对称性,副瓣电平不大于-26 d B,驻波比小于1.5,整体性能满足工程应用要求。     

螺旋天线几何尺寸的优化设计

本文首先导出了螺旋天线输入阻抗的计算公式。然后，在使天线输入阻抗满足技术要求的条件下，对螺旋天线的几何尺寸进行了优化设计。     

民用飞机登机门铰链臂结构优化设计方法研究

民用飞机登机门为了满足应急逃生需求,舱门开关需平稳,不能出现明显晃动。登机门铰链臂作为舱门开关过程中的重要连接结构,刚度要求很高,同时作为多个机构的连接界面,载荷工况种类繁多。针对登机门铰链臂结构的设计,提出了较为全面的设计优化流程方法,包含设计空间的定义、载荷及约束、几何重构步骤和强度校核。结合工程经验、拓扑优化以及厚度尺寸优化,能在少量的设计迭代次数下确定铰链臂的外形及尺寸,减少了铰链臂设计周期,实现铰链臂的轻量化设计,同时结构满足强度、刚度、功能性的要求。对于设计中的关键参数的定义和设置,结合工程经验给出建议,形成的通用方法可以推广至多功能,高刚度要求结构,为类似结构的设计提供了参考模板。     

载人月球探测器着陆缓冲机构构型方案研究

针对铝蜂窝缓冲器永久变形不利于探测器姿态调整的问题,提出了一种悬臂式着陆缓冲机构构型方案,采用丝杠滑块装置实现探测器姿态调整、着陆腿展开和收拢等功能,并开展了该机构参数设计和载荷分析。通过建立动力学模型,进行了着陆及姿态调整动力学仿真计算,验证了构型尺寸与载荷参数正确性。可为后续载人月球探测的着陆缓冲机构方案设计提供参考。     

月面着陆器上升级压力舱结构优化研究

针对未来航天器大承载、轻量化需求,开展了月面着陆器上升级压力舱的结构优化研究。在卧式上升级压力舱静力学有限元仿真分析的基础上,以压力舱蒙皮厚度和加强型材截面尺寸为优化变量,以整舱结构强度满足设计许用应力为约束条件,以压力舱结构质量最小为优化目标函数建立结构优化模型,获得了静压作用下压力舱最优结构形式。同时还讨论了压力舱压力体制、结构设计许用应力对压力舱结构质量的影响。研究结果有助于确定载人登月任务总体方案中的关键参数,得到复杂力学环境下的压力舱最优构型。     

一种星载伞天线展开机构研究

天线展开机构使用动力绳实现天线展开和收拢过程中易出现动力绳松弛、脱槽现象。以星载高精度伞状天线展开机构为研究对象，分析天线展开机构的工作原理；利用解析法获得展开机构的运动方程，结合天线展开机构运动部件结构参数，得到天线展开过程中展开机构动力绳的松弛规律；建立以展开机构结构参数为设计变量，以动力绳松弛量最小为目标的展开机构结构优化模型，通过模拟退火法进行求解，得到优化的展开机构结构参数，通过优化前后的展开机构展开、收扰功能试验，测试了机构工作时动力绳的松弛量，验证了展开机构优化的正确性。结果表明：优化后的展开机构动力绳松弛量较优化前降低了90%，优化效果显著。     

卡氏天线副面补偿技术中副面焦点坐标调整量的高精度数据拟合

基于新疆110m射电望远镜预研项目、南山天线改造计划和国家对航天领域的战略需求,对大型卡氏天线主面板变形的副面实时补偿作了深入研究。简单介绍了副面补偿的理论模型并用静力分析法得出若干特殊仰角下的调整量,进而运用MATLAB对调整量进行了高精度的数据拟合。给出了线性最小二乘法和正交多项式最小二乘法2种拟合方法拟合模型方程,通过误差分析从不同方面对比了拟合方法的效果,在阶数为4、精确至小数点后15位时,2种拟合方法的误差差值数量级为10-13 mm,且小于零。最终选择并应用精度更高的正交多项式最小二乘拟合方法在特定的俯仰角度范围内生成了部分调整量数据,为副反射面在任意俯仰角下的补偿过程创造了条件,满足了天文观测和航天深空探测对数据准确性和系统可靠性的要求,具有一定的实用性。     

锥导乘波构型设计、优化与分析

乘波构型是高超声速飞行器高升阻比气动布局设计的参考外形之一,设计中需要综合考虑升阻比、容积率和容积等要求。在锥导乘波构型参数化设计的基础上,采用工程估算和计算流体力学相结合的方法,通过正交试验设计分析了不同参数对目标影响的敏感性,合理选择设计参数优化区间,应用改进的多目标遗传算法对乘波构型进行了优化设计,针对优化外形开展了气动性能的数值模拟研究,并在高超声速炮风洞中完成了缩比模型的验证性实验。结果表明:优化设计外形具有良好的升阻比,且在一定攻角范围内升阻比较高,数值模拟和实验分析基本吻合。研究结果可为高超声速滑翔式飞行器的设计提供参考。     

UHF/VHF 频段单极子贴片天线的设计

为了研究有利于共形的超短波宽带天线,首先通过常规设计方案仿真了一款辐射面为椭圆的单极子天线,结果表明,并不能满足带宽的要求。于是在其设计基础上进行天线和馈线的结构优化,最终设计了一款马蹄形单极子印刷天线。该天线引人梯形渐变馈线和倒三角形引流片来改善天线的阻抗匹配,从而展宽工作频带在普通椭圆单极子天线的上端加人2个矩形来增长天线的电流路径,降低天线的最低工作频率。仿真结果表明,天线的工作频段为 150~600 MHz,满足宽带系统的要求,同时天线的E面和日面有较好的对称性和全方向辐射特性。     

翼身融合无人机参数化建模与气动特性分析

以亚声速翼身融合无人机概念设计阶段多学科设计优化为应用背景,提出了考虑操纵面偏转的参数化建模与气动分析方法:1)采用CST方法、CATIA二次开发技术建立操纵面未偏转和偏转构型的三维几何外形;2)采用Tcl语言编制具有容错能力的Gridgen脚本,划分网格;3)采用位流分析和工程方法计算气动特性参数.通过iSIGHT软件集成上述步骤,建立了自动化的计算环境,对某无人机进行了建模和气动分析,风洞试验验证表明方法满足概念设计阶段的精度要求.     

军民用飞机优化设计的探讨

飞机的设计要求明确后，如何对设计参数进行优化以构建出满足飞机设计指标的优化设计构型是总体设计师们所面临的重要问题，文章试图从飞机参数优化的内容及手段出发，探讨飞机优化设计的途径和方法。     

星载永磁霍尔推力器磁场分析与实验研究

磁场是评价星载霍尔推力器性能水平及工作特性的重要因素,也是开展推力器优化设计的重要自由度。针对航天器姿态调整等空间轨道任务对霍尔推力器应用需求,分析了影响永磁霍尔推力器磁感应强度的关键因素。在此基础上,利用磁路等效法,采用有限元离散形式,建立了基于永磁材料的霍尔推力器磁场模型,利用国外同类产品工程数据验证了磁场模型分析方法的可行性和计算结果的正确性,最终获得了设计所需的推力器磁路构型、永磁体结构尺寸及相应的永磁霍尔推力器样机。将永磁霍尔推力器磁场分析结果与实测结果进行对比,并对整机性能进行了实验验证,结果表明:推力器性能实验结果与设计要求相符性较好,额定供气、供电状态下,推力器阳极电流符合设计要求,整机推力达到3.52mN,比冲达到685s,较好地实现了永磁霍尔推力器设计目标。     

大型重载并联机构动平台结构优化设计

为保证并联机构的动平台满足工况使用要求,对动平台进行结构优化设计。首先,在动平台质量一定的前提下,设计4种结构方案,并通过分析比较,选取较优的结构方案。然后研究动平台各结构参数对其应力、变形的影响规律,确定其关键结构参数。最后建立动平台结构参数优化数学模型,对其进行参数优化设计。经过优化设计,优化后的动平台强度和刚度得到提高,满足工况使用要求。     

乘波飞行器一体化构型设计

为提高高超声速飞行器设计的水平,提出一种结合优化设计和灵敏度分析的新设计策略,并将其应用于高超声速乘波飞行器的二维一体化构型的设计.结合实验设计方法、响应面技术和遗传算法构建了一套改进的优化方法,结合设计参数取值域、正交设计和方差分析发展了一种灵敏度分析方法.在优化设计过程中,通过参数化建模、网格自动生成和CFD求解,应用改进的优化方法对飞行器进行了多点多目标设计,得到了Pareto最优前沿面和优化推荐构型.针对推荐构型,应用灵敏度分析方法进行了非设计状态的性能分析,并基于灵敏度分析结果对推荐构型进行了修形设计.     

离子推力器放电室参数在线优化实验研究

为了改进氙离子推力器传统优化实验方法,针对环切场放电室设计多维优化调节机构,通过步进电机配合电磁铁实现放电室设计参数的在线实时调节。实验中在线调节放电室长径比、中间磁极靴位置、阴极顶位置等参数,得到了放电室性能影响规律,经迭代实验获取了优化后的放电室构型及磁场参数。优化后的推力器性能曲线"膝点"较正交实验结果更加靠后,在工质利用率80%~90%区间内,束离子电离能耗低于正交实验优化结果。在线优化实验方法极大缩短了离子推力器设计周期,降低研制成本,并弥补了传统方法需多次破空导致参数一致性差的不足。     

基于飞/发一体化的涡轮冲压组合发动机概念方案设计

建立了飞/发一体化约束分析与任务分析模型,形成了由飞行器指标参数到发动机推力需求的概念设计方法。基于某超声速飞行器的设计指标,开展了飞/发一体化分析,确定了满足任务约束的飞行器总重和发动机推力需求,初步确定了发动机的技术方案,并基于飞/发一体化分析方法,对飞行器的任务轨迹、组合发动机模态转换马赫数和超级燃烧室尺寸进行了优化,可为后续组合发动机总体方案设计提供明确牵引。     

面向全疆域设计需求的某涡轴发动机核心机转子减重优化

为满足某涡轴发动机平原、高原、高寒以及海洋环境下的全疆域设计需求,综合采用尺寸优化和拓扑优化对核心机转子盘体形状进行了减重优化。首先提出了一种基于本征正交分解的径向基神经网络代理模型构造方法,通过在关键区域补充采样,在样本总数相当的前提下,提高了寻优效率,缩短了优化所需的时间。利用该方法对核心机转子盘体尺寸进行优化,优化后结构重量减轻,应力分布和强度储备更趋合理。然后采用变密度法对涡轮盘螺栓孔附近区域进行拓扑优化,得到一种带凸耳形状的螺栓孔创新构型,解决了由于优化后盘体减薄而导致的螺栓孔应力上升过多的问题。结果表明：在转子强度、寿命满足规范要求的前提下,优化后的核心机转子减重15%,满足了全疆域设计需求对转子重量的要求。     

一种飞船用并联式太阳电池阵指向机构设计与分析

为满足太阳电池阵在飞船上大范围指向要求,实现光照效率最大化,设计了一种用于飞船等航天器的新型并联式太阳电池阵指向机构,采用规则对称的模块化设计形式,具有工作空间大、可靠性高等特点。对新型并联式太阳电池阵指向机构进行了运动学正逆解计算,运用极限边界搜索法在MATLAB中计算了工作空间,建立了基于ADAMS的虚拟样机模型,并对其逆解进行了验证,以工程可实现性为原则,得出了多个逆解的筛选原则,为控制系统的参数筛选提供了依据。通过对并联机构的冗余特性进行分析,证明了在某一驱动组件卡死时,其仍具备较大的工作空间。该并联式指向机构还可用于航天器矢量推进器、天线指向等空间领域。