编者按

正本期编辑部联合上海宇航系统工程研究所共同出版"空间柔性结构与机构技术"专刊。专刊将围绕载人航天工程的最新应用,集中探讨空间柔性结构机构领域的新理论、新技术和新实践,体现和反映我国在该领域应用方面的难点和热点问题,促进该领域技术的系统创新与工程应用。本期专刊共策划组织稿件22篇,分三个专题方向发表:1)柔性结构机构设计与应用,2)柔性结构机构动力学与控制,3)柔性结构机构材料、工艺与试验。此外约请上海宇航系统     

临近空间飞行器信息系统一体化载荷平台

介绍了临近空间日趋受到各国的关注和研究、临近空间的概念以及临近空间飞行器的概况。从高超声速临近空间飞行器设计层面分析了临近空间飞行器信息系统多任务需求和现有设计的矛盾,指出研究临近空间飞行器一体化综合电子系统信号交链和多任务一体化协同技术是解决此矛盾的有效途径。通过对临近空间飞行器信息系统一体化载荷平台的研究,构建了采用冗余备份技术的包括信号处理模块、控制模块的统一开放的柔性系统平台架构。     

热防护设计分析技术发展中的新概念与新趋势

热防护材料/结构是实现临近空间飞行器高速飞行的一项关键技术,近年来一些新的设计与分析方法不断涌现。本文对这些新的设计与分析方法进行了论述,综合分析后可以看出:热防护材料设计开始从原子、分子尺度出发,根据使用需求设计材料,并发展主动防护与控制环境技术;热防护结构设计在原有防热/承载一体化设计基础上,向多元化以及多功能一体化方向发展,同时积极发展新机制热防护概念设计;热防护分析方法更加注重复杂真实服役状态下多尺度、多物理场及非确定性的精细化分析。这些新概念和新技术有望给热防护技术带来革命性的进步。     

编者按

<正>近年来,世界主要航天国家依据本国国情持续地推进载人航天活动,空间机构技术的发展也越来越受到重视。2015年10月,在中国载人航天工程办公室的指导下,《载人航天》编辑部和中国空间技术研究院总体部联合举办了"2015空间机构技术学术研讨会",聚焦国内外空间机构技术发展前沿,研讨空间机构技术的发展成果与经验。空间机构具有特殊的功能,在航天器设计中占有重要地位。为及时跟踪国内外空间机构技术发展前沿、集中展现空间机构技术研究成果和工程进展、进—步推动空间机构技术发展水平、更好地服务     

飞/发性能一体化技术在航空发动机设计中的应用

分析了国内外飞/发性能一体化设计技术的发展,中国现处于飞机和发动机双方通过协调确定各自技术状态阶段,尚未开展系统一体化设计。详细阐述了前机身、进气道与发动机在流场、流量及隐身性能,发动机尾喷管与飞机后机身在安装性能、隐身性能,飞机功率提取、环控引气与飞/发性能、稳定性等一体化设计技术的研究内容。详细分析了在航空发动机研制中应用飞/发性能一体化技术的主要关注点,并指出了飞/发一体化设计技术推广应用的方向。     

航天材料及工艺研究所

正表面工程技术中心简介表面工程技术中心于1997年成立,隶属于航天材料及工艺研究所,是中国航天科技集团有限公司"表面工程工艺技术中心"副理事长单位,主要从事航天运载火箭、战略战术导弹、卫星、载人返回器及民用产业化等各类特种涂层材料的研制及工程应用工作。在热防护、热控、隐身等领域有着丰富的工程应用经验,具有涂层材料设计、研制、生产、涂装、分析、售后服务等一体化综合保障能力。表面工程技术中心面向型号产品需求,构建了材料设计与计算分析、材料研制、材料应用研究、材料试验考核等高度融合的研发模式;突破了高温长时间轻质防热涂层、结构/防热/频选一体化隐身材料、高效率温控材料、超低压等离子喷涂涂层四项关键技术;实现了产品性能稳定化、涂装机械化、涂层系列化。     

高超声速飞行器一体化方法研究

针对高超声速飞行器一体化设计方法现状的分析,阐明了吸气式发动机与乘波体飞行器之间高效的一体化对于高超声速飞行的重要作用,并从理论、原理、设计方法 3方面进行介绍。在激波理论方面,通过从直线激波的求解拓展到二次曲面激波的求解,为3维曲面激波的研究提供了帮助;在乘波原理方面,将乘波原理从外流乘波拓展到内流乘波,继而提出1种兼顾内外流需求的双乘波原理,深化了乘波原理的内涵;在设计方法方面,对于基本流场的气动设计问题,提出更加高效的一体化气动反设计方法。综上分析并归纳出准3维内外流一体化乘波理论与方法,从而在现有"准3维"研究体系上,构建并完善了全3维内外流一体化乘波理论与方法,对于复杂3维超声速内外流一体化设计技术的发展具有一定借鉴作用。     

航天高性能薄壁构件的材料-结构一体化设计综述

新一代航天器技术的快速发展对结构件超强承载、极端防热、超高精度和超轻量化提出了越来越苛刻的要求，如何设计并制造出高性能、轻量化、超精密的航天薄壁构件成为先进材料与结构设计制造领域普遍关注的难题。本文综述了近年来薄壁构件高性能设计与制造及其航天应用的主要成果，围绕材料-结构多尺度建模与性能表征、多材料多尺度结构设计与增材制造原理、增材制造材料性能与结构设计的交互作用机制等科学问题，就结构优化中的制造工艺约束建模，增材制造工艺参数对结构性能的影响，高性能构件材料-结构一体化设计方法及其在航天结构中的应用展开论述，并展望了未来典型航天薄壁构件材料-结构一体化设计和制造方法发展前景与应用，为未来相关研究工作和航空航天装备研发提供参考。     

吸气式高超声速飞行器机体/推进一体化设计技术研究进展及分类对比分析

为了探索吸气式高超声速飞行器机体/推进一体化设计技术新理念,按照高超声速飞机和SSTO/TSTO分类对其一体化设计技术主要研究进展进行了对比分析,结果表明:高超声速弹用一体化设计技术采用将进气道直接作为前体的方案较多;高超声速飞机一体化设计技术需重点兼顾宽速域整体气动性能;SSTO/TSTO一体化设计技术则由于火箭发动机的引入在一定程度上改善了其对一体化设计的具体需求;同时,近年来高超声速内/外流"弱干涉"和"无干涉"等新型一体化设计技术已逐渐成为一个重要发展方向。对背负式进气的内/外流"无干涉"一体化和常规腹部进气的前体预压缩内/外流"强干涉"一体化方案开展初步对比,研究表明"无干涉"一体化方案升阻比等气动性能更优,同时整体气动特性对飞行条件变化不敏感,具有更好的宽速域适应性,值得进行深入研究。     

双城融合案例对昌九一体化的启示

在我国目前国家级区域发展规划纷呈推出以及区域发展竞争格局调整的过程中,区域间的互通互融成为新的发展潮流,区域一体化尤其是城市间的一体化和融合不断涌现。当前我国较为成功和具有一定特色的"双城一体化"主要有广佛同城、西咸一体化和郑汴一体化。从经济总量、空间距离、产业结构分布、财政支撑等不同角度分析了三个"双城一体化"的形成及特色,提出昌九一体化和昌九同城化中除了一些公共政策应该两市全面接轨外,在产业规划和产业发展中则应突出重点,即建立昌九新区,使之成为昌九一体化的先导区。     

电子产品基于故障物理的可靠性设计优化方法研究

以基于故障物理的可靠性技术为指导,对电子产品可靠性设计优化方法进行了研究。通过对某型惯导系统电子单元的应用实践表明,本文介绍的可靠性设计优化方法,可以克服传统可靠性"设计-建立物理样机-试验-修改物理样机"的串行工作模式的不足,实现可靠性与性能一体化设计。对于目前高可靠、易保障和研发周期短的电子产品可靠性工作具有参考意义。     

飞机一体化设计技术与标准化

通过对飞机一体化设计技术概念、原理、技术发展概况和应用情况的介绍,分析了飞机一体化设计技术对航空技术和产品发展的影响、对飞机设计理念和流程的影响,研究了飞机一体化设计技术发展对标准制修订、标准实施和标准化效能评估等标准化工作的影响,阐述了标准化工作的发展趋势。     

大型客机后缘铰链襟翼气动机构一体化设计研究

我国正在开展大型客机的研制工作,增升装置设计是其中的关键技术之一。借鉴A350和波音787的后缘增升装置及其机构特点,研究了后缘铰链襟翼气动和机构一体化的设计。后缘铰链襟翼,是利用简单铰链机构驱动的后缘单缝襟翼增升装置,该机构由于构造简单、维护方便、制造成本低等优点备受青睐。详细介绍了基于CATIA二次开发创建的后缘铰链襟翼气动机构一体化设计模块,并嵌入到原大型飞机增升装置气动机构一体化设计平台上,获得较好的效果,为我国未来大型客机增升装置设计奠定了技术储备。     

空间飞行器对接机构分离的动力学仿真

空间对接技术属于航天工程重要的研究领域,在地面条件下如何实现六自由度对接机构的模拟则是其关键技术之一。本文建立了空间飞行器对接机构在分离过程中的动力学模型,利用MSC.ADAMS/View建立了对接机构的虚拟样机模型并通过动力学仿真得到了系统的动力学响应。最后,结合动力学模型与仿真结果,研究总结了对接机构在重力影响下的姿态变化规律。本文研究为航天器对接与分离时的姿态动力学分析和对接机构的设计优化提供了理论依据。     

某大型飞机后缘襟翼气动/机构综合优化设计

大型飞机增升装置的研制不仅需要其提供足够的气动性能,也需要对噪声、舒适性等进行综合考量设计,而增升装置是提高大型飞机综合性能的重要系统,也是目前技术发展亟待研究和解决的重要问题。对于增升装置机构设计,通过设计较为简单的铰链襟翼机构来引导襟翼达到较优位置,然后选择气动性能较好的位置作为新的优化位置,求得较优机构位置。机构位置改变结合气动性能验证需要进行大量的迭代计算以及结果优化,因此以机构设计为基础,探究多目标优化计算的新方法,最终实现气动结构一体化设计目标。选用铰链式后缘襟翼为研究对象,综合考量后缘襟翼旋转与扰流板下偏联合运动对于气动性能影响,利用所研究方法,对其进行气动机构一体化设计并得出设计结果。     

单片集成自装配微爬行机器人研究

面向微机器人未来在地外探测上的潜在应用,设计了一种总重24 g、整机尺寸93×71×36.14 mm的自装配微爬行机器人。基于形状记忆聚合物材料的热致形状记忆效应,设计分析了自折叠铰链结构,实现了结构从平面形态到三维形态的自动折叠装配,并在此基础上开展了单片集成自装配为爬行机器人的系统设计与加工测试。基于单片集成一体设计方法,将具有多材质、多器件的微机器人设计为单片平面一体化自装配结构;基于变胞原理,将平面一体化结构进行空间折叠,形成具有三维特征的机体结构和柔顺运动机构,继而通过标准平面成形工艺实现微机器人的加工制造。该微爬行机器人表现出较好的结构和运动性能,整机可在30 s内完成自动折叠装配到三维结构形态,爬行运动速度为20 cm/s,能承受6.2 N的静态结构负载和6G过载,验证了单片集成一体化自装配设计研制分米—厘米尺度下的微机器人的技术实现能力。     

一类空间对称6R机构的运动学研究及组合应用

可展开平板机构已广泛应用于平板天线、太阳翼等航天机构产品。为提高可展开平板机构的刚度和展收比,将空间对称6R机构应用于可展开平板机构设计。首先,根据约束条件,计算后给出了一种空间3R运动链的几何参数关系;然后,结合螺旋理论,分析了该3R运动链的约束螺旋系;进而根据对称性,研究了空间对称6R机构的自由度、奇异性等运动特征;在此基础上,提出了一种特殊的空间对称6R转动机构;最后,研究了空间对称6R机构的组合方法,设计出一种新型单自由度可展开平板组合机构,并对其进行了运动学仿真验证。该可展机构具有二维方向的展开收拢能力,为可展开平板机构的创新设计提供了有益参考。     

重力对空间机构运动行为影响研究综述

随着航天技术的发展,各种空间机构的使用将越来越普遍。任何空间机构在设计、装调和使用上,必然会遇到重力及其释放条件下运动行为差异的问题。因此有必要对重力对空间机构运动行为的影响进行研究。针对此背景,从采用落塔、抛物线飞行和空间站在轨飞行试验等方面介绍了国外在进行空间机构定位精度、电机驱动电流、摩擦参数等方面获得的空间与地面实验数据对比研究成果,并阐述了我国的相关研究进展,指出应采用地面模拟与空间试验相结合的形式,找出空间机构地面装调与空间应用运动学与动力学参数的差异,为空间机构设计提供理论依据。     

空间激光通信现状、发展趋势及关键技术分析

针对目前空间激光通信的背景需求,介绍了国内外星、空、地、海等平台间的空间激光通信研究与试验现状。通过对空间激光通信现状的分析,并结合科研实践,归纳出空间激光通信的高速率、网络化、多用途、一体化、多谱段5个未来发展趋势。在此基础上,从空间激光通信系统的光学结构、通信收发以及环境影响等方面,着重分析了高质量光学系统设计、高精度捕获对准跟踪、大气信道影响补偿、高速率高功率发射、高灵敏度低误码探测、一对多通信网络、平台振动与姿态补偿、器件部件空间适应性8项关键技术,并提出相关技术的解决方法和途径,进而给出须进一步深入研究的方向,展示了空间激光通信良好的应用前景。     

飞机防除冰系统技术多元化发展战略与路径

防除冰技术体系系统性强,理论涉及多门学科,是关系到飞机安全运行的关键技术。通过研究防除冰系统技术的构成,针对国内防除冰系统技术的发展现状进行分析,结合国内防除冰系统在技术开发、试验验证、工程应用方面的成果,总结了"横向一体化"增长型战略,构建"有人+无人"、"体系+多用"和"复杂+新型"的防除冰系统技术多元化路径。重点发展防除冰系统技术分支中的复杂环境探测技术与新型防除冰执行技术,并通过试验验证设施的同技术化实现多用途功能。