柔性飞艇气动与变形耦合的数值模拟

软式飞艇在低充气内压和来流共同作用下,其整体结构刚度较小,应视为柔性体。飞艇所产生的柔性变形和流场之间的耦合已经成为大家越来越关注的问题。提出了一种解决充气飞艇囊体结构变形与流场变化之间耦合问题的方法,其中流场计算采用SIMPLE算法,固体变形计算采用静力非线性算法。结果表明：在零攻角条件下,飞艇的柔性变形对流场特性的影响不明显,由于气动载荷的作用,导致囊体内外压差产生变化,从而导致应力分布的变化,使得艇首系留部位加强和腰部撕裂强度之类的问题更加突出。     

载人充气密封舱飞行试验方案研究

针对未来空间站扩展舱体和月球基地建造对大型密封舱的需求,分析中国空间站平台资源和充气密封舱的技术特点,提出了载人充气密封舱系统设计方案。分别研制了3种不同功能和构型的充气密封舱,基于货运飞船分步骤上行进行飞行试验验证。各飞行方案既相互独立又逐步递进,技术风险低,不会影响空间站主任务开展。利用ABAQUS软件对充气密封舱进行仿真,结果表明：折叠状态下的充气密封舱刚度和强度可满足飞行器上行要求,在轨充气展开后,舱体结构基频随充气压力上升而增大,柔性结构强度可承受在轨内外压差。     

充气式减速技术试验器的设计和飞行试验

为验证充气再入与式减速技术的原理和返回工作程序,研制了基于多充气环结构的飞行试验器,介绍了试验器的设计方案、技术指标、飞行试验方案,并对试验器的核心装置——充气锥的设计进行了说明。开展飞行试验对部分关键技术进行验证,并对地面试验和演示验证飞行试验情况进行了总结。飞行试验结果表明,基于多充气环结构的充气式减速系统方案合理,折叠包装效率较高,与运载平台分离后快速充气展开,返回过程满足气动减速要求,着陆速度达到预期要求;柔性气动减速技术、刚柔耦合结构设计技术、多充气环结构加工制造技术、高效折叠包装及有序展开技术、快速充气技术、地面试验技术等关键技术得到了验证。     

空间站柔性展开机构仿真方法研究

空间站展开机构是典型的大型多柔体系统,其展开收拢过程涉及非线性大变形以及接触碰撞问题。首先采用绝对节点坐标法作为柔性体的建模方法,建立了梁单元的有限元单元格式,然后基于拉格朗日方法和Hertz接触理论建立了考虑接触碰撞问题的柔性多体系统动力学方程,采用向后差分方法数值求解柔性多体系统的微分代数方程,最后以自由梁、简支梁和柔性单摆进行数学仿真验证。结果表明,该方法可用作我国空间站大型柔性太阳电池翼的设计分析参考。     

可刚化充气框架式太阳翼设计及振动特性分析

针对刚性铰链驱动展开的太阳翼结构刚度较低带来的持续振动问题,提出了一种可刚化充气框架式太阳翼方案,分析并得到了充气管直径对充气框架式太阳翼振动特性的影响规律。在此基础上,设计并研制了太阳翼结构样机,开展了样机折叠、充气展开、结构刚化试验及振动性能试验测试。结果表明：充气框架式太阳翼可柔性折叠、发射体积小、可在轨展开并刚化成型为大面积太阳翼;结构无机械铰链,充气驱动展开过程平稳可靠,展开扰动小;刚化后结构刚度高、振动基频高(测试样机振动基频为7.5 Hz);建造和发射成本低,可应用于构建大型卫星平台、空间站等所需大面积太阳翼。     

充气囊体力学性能试验研究

针对充气囊体在较高气压下具有显著的非线性大变形特征、且囊体为柔性结构变形测量困难的问题,采用非接触式全场应变摄影测量系统,测试了充气囊体在不同充气压力作用下的变形特性,得到了充气囊体表面不同区域薄膜应力随囊体尺寸、充气压力变化规律,验证了充气囊体在载人条件下的承压安全性,并得到了不同尺寸充气囊体的压力容限。     

高空飞艇的流固耦合数值研究

发展了一套用于研究高空飞艇在来流作用下的流固耦合数值方法.利用经过验证的自编制的有限元程序来求解飞艇的非线性大变形,利用商业软件FLUENT求解飞艇的外流场,通过非动态交替的方法实现飞艇的流固耦合计算.结果表明:飞艇的柔性变形改变了飞艇周围的流场结构,飞艇表面气动载荷分布发生了较大的改变;由于飞艇表面气动载荷的作用,导致了囊体内外压差的变化,进而导致囊体内的应力随之发生了较大的变化.     

基于双螺旋张拉整体式结构的空间可展舱段方案研究

针对中国未来空间站的更新换代以及地外星球基地建设任务,提出了一种由可展刚性骨架、可展中心承力柱、蒙皮及舱内设施组成的双螺旋张拉整体式可展舱段方案,并为其设计了双螺旋张拉整体式可展舱段骨架结构,开展了骨架结构参数优化,试制了双螺旋张拉整体式可展舱段骨架原理样机并进行了力学特性测试,验证了骨架拓扑结构设计的可行性和有效性。     

飞机登机门提升机构卡滞工况仿真与试验

舱门机构卡滞是机构运行时较为常见的状况,对于带有分时凸轮的机构来说,纯刚体假设的结果会产生非常大的计算误差。以某机型前登机门提升机构为例,采用ADAMS柔性体分析方法进行仿真,计算出机构内部载荷,分析各个构件的应力,并辅以试验数据进行验证。结果表明,柔性体假设对于机构分析是一套行之有效的方法。     

空间站太阳翼伸展机构屈曲载荷分析与试验研究

针对空间站大面积柔性太阳电池翼整翼稳定性设计中的伸展机构屈曲载荷分析问题,以三跨斜拉索张紧力作用的盘绕式伸展机构为研究对象,采用求解轴压与斜拉索张紧力组合载荷作用下结构系统零固有频率的分析方法获得伸展机构临界屈曲载荷,并设计和开展相应试验,结果表明三跨伸展机构临界屈曲载荷仿真与试验结果吻合较好,验证了该方法求解伸展机构临界屈曲载荷的合理性。     

载人航天在轨维修舱外电动工具的发展与思考(下)

手枪型电动工具是载人航天开展在轨维修任务等舱外活动必不可少的电动工具之一.梳理舱外活动用手枪型电动工具的扭矩控制器、动力总成、外壳、机构润滑、电控、人机界面及锂离子电池等模块化技术,概括舱外电动工具的持续优化的设计理念,介绍了舱外活动测试与地面验证的专用工具及设施,探讨了舱外电动工具在功能性能协调、空间环境防护、锂电池...     

民用飞机舱门连杆支架优化研究

民用飞机舱门闩机构是防止舱门意外开启的机构部件。当机构发生卡阻且强制操作时,将产生较大的内力。在设备舱门闩机构中除连杆支架外都是杆形件且载荷较小,连杆支架结构形式复杂且载荷较大。在分析机构卡阻载荷的基础上使用有限元分析软件HyperMesh和Opti-Struct对三种结构形式的连杆支架进行了数值模拟。通过对比分析,得到了满足样机设备舱门功能要求和试验目的的连杆支架形式,为后续真实产品的设计提供参考。     

飞机舷窗有机中空透明件的变形和应力分析

针对某机型飞机舷窗有机中空透明件的载荷特点,建立了用于计算中空透明件变形和应力的迭代算法和有限元模型,并通过试验验证了该算法和有限元模型的准确性.对多种规格有机中空透明件进行了计算,分析了变形和应力与舱外气压、有机玻璃板厚度、气体层厚度的关系.     

压差载荷对蜂窝夹层结构分层扩展影响研究

复合材料蜂窝夹层结构随飞机起飞-巡航-降落过程中,反复经受内外压差载荷。为研究地空地压差载荷对复合材料蜂窝夹层结构中蒙皮和蜂窝之间胶接面分层扩展行为的影响,设计了可叠加压差疲劳载荷谱和压缩疲劳载荷谱的试验装置,对含预埋分层的复合材料蜂窝夹层平板开展了重复载荷试验研究,一组试验施加压缩疲劳载荷谱,另一组试验施加压缩疲劳载荷谱叠加地空地压差载荷谱。破坏试验件的剖切检查表明预埋分层沿垂直于压缩载荷方向在胶接层内扩展。在约80%极限载荷水平的压缩疲劳载荷谱下,分层初始经历一段缓慢扩展,达到一定程度后开始加速扩展直至破坏。叠加的压差载荷谱使分层扩展速率显著加快。基于试验构型的有限元仿真分析表明压差载荷作用下蒙皮与蜂窝之间的面外剥离应力是导致损伤扩展加快的主要原因。     

一种空间超大型可展开柔性聚光器

面向空间太阳能电站（SSPS）对大口径太阳能聚光器的应用需求,提出一种超大型、轻量化、高精度的空间可展开柔性聚光器的新构型。采取理论建模、计算仿真、优化设计相结合的方法对其抛物面构型原理、展开机构折展原理、展开态结构稳定性、动态聚焦精度等问题进行研究,并完成大口径可展开柔性聚光器的设计。提出了基于多层弹性花瓣镜体复合结构的大口径柔性聚光器优化创新设计方法。由于采用薄板柔索结构,本聚光器具有精度高、展收体积比大、质量轻、在线控制简单等优点,为空间太阳能电站千米级聚光器提供一种创新设计方法。     

一种新型舱外救援装置位姿控制系统方案地面试验验证

针对舱外航天服机动救援装置不够灵活和容易操作的问题,提出了一种救援绳索加寻的飞行器的组合救援方案,并以DSP为核心控制器、微推力器和反作用飞轮为主要执行机构,设计了作为该方案核心的位姿控制系统。研制了该位姿控制系统原理样机,针对方案的准确性及稳定性,采用基于模型的设计方法,在气浮平台上验证了原理样机的位姿控制性能。结果表明,样机姿态精度优于±1°,能够实现对正弦角度曲线的跟踪;位置控制精度优于±50 mm,在近距离目标逼近任务中,微推力器工作压力为0.7 MPa时样机逼近时间最短。救援装置位姿控制效果准确稳定,对我国舱外救援装置的研制有一定参考价值。     

基于体态识别的航天员虚拟训练仿真技术研究

以未来空间站任务建设虚拟现实训练器为需求,为了最大限度地降低虚拟现实设备穿戴给航天员带来的额外束缚,提出了一种新的基于体态识别的航天员虚拟训练仿真系统:采用平行双目视觉原理和偏振立体电视实现立体图像的生成与显示;采用人体三层模型实现虚拟航天员表达,采用骨骼动画实现人体典型动作自动演示、Kinect实现人机交互过程中人体跟踪和运动控制,适合于空间站任务航天员训练、工效验证、典型流程演示等人机交互应用。     

基于规则推理的空间站太阳翼机构控制方案研究

针对空间站上使用的太阳翼展开流程复杂的问题,提出一种基于规则推理技术的太阳翼展开流程控制方案:运用Rete算法设计了太阳翼展收控制推理系统,给出了空间站太阳翼按程序展开流程策略库设计方法,并根据按程序展开工况构造模拟事实序列来验证规则推理系统对于展收流程控制的正确性。仿真结果表明,规则推理技术可以有效的完成空间站太阳翼机构展收流程控制工作。     

国际空间站俄罗斯舱段20年主要科研活动及未来部署综述

国际空间站是目前在轨运行最大的空间平台,是一个拥有现代化科研设备、可开展大规模、多学科基础和应用科学研究的空间实验室,为在微重力环境下开展科学实验研究提供了大量实验载荷和资源,支持人在地球轨道长期驻留。俄罗斯舱段作为国际空间站重要组成部分,除承担与载人飞船对接的任务外,还在技术开发与验证、人体研究、教育活动与推广、生物学与生物技术、物理科学及地球与空间科学等6个研究领域开展了大量的科学实验,其中以人体研究领域的实验最多。有很大一部分实验是长期持续开展的系列实验,且每期实验的研究重点围绕总目标逐步深入,取得了多项有价值的研究成果。未来几年,俄罗斯还计划发射3个舱段,并在此基础上建设独立运行的本国轨道空间站,俄罗斯舱段仍有巨大的应用前景。     

基于专利分析的空间充气展开技术创新趋势研究

当前对空间充气展开技术的研究大多基于期刊和会议等文献资料的局限,采用商业专利数据库对该技术的相关专利进行了检索,分析了专利申请的年度分布、地域分布、申请人和主要应用方向,识别出研发投入趋势、各国研发投入强度、高价值专利以及具有发展潜力的研究方向。根据分析结果,我国后续应重点围绕充气式载人空间站、空间太阳能电站、太阳帆等载人航天和深空探测领域亟需的产品开展攻关和专利布局,政府也应引导产学研知识产权联盟建设以加速该技术的商业化进程。