空间特性模拟的微小飞行器结构设计与动特性分析

为研究空间碎片等非合作目标的可见光、红外及运动规律等空间特性,一般通过微小飞行器进行模拟,因此,对微小飞行器结构设计提出了小发射尺寸、大展开面积、轻质、高承载等技术需求.本文基于立方星架构思想,进行了空间特性模拟微小飞行器的结构方案设计.在分析卫星构型设计特点的基础上,结合设计要求、发射的重量及空间限制等约束,提出了舱...     

强度与环境专业技术2000年展望情报信息交流会征文通知

为了促进结构强度与环境工程技术的研究,跟踪高技术、新技术,适应新一代航天器(航天机、空间站、机动导弹、星际武器等)的发展要求,航天部结构强度与环境专业情报网(第八网)定于今年第四季度召开强度与环境专业技术2000年展望情报信息交流会。     

航天飞机最优交会轨道及其控制

本文在文[2]、[4]的基础上,研究了最优交会轨道,导出了在推力作用下最优交会轨道的解析表达式;并对最优交会轨道和最优控制规律作了数值计算,求得了最优解。结果表明,对于目标航天器绕圆形轨道运行的情况,要求最优空间交会轨道和最省燃料的控制规律,此法有较好的实用价值。     

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。     

刚性隔热瓦热防护结构无损检测方法概述

可重复使用飞行器具有成本低廉、服役准备周期短的优势,是当今航天领域的重要发展方向。防热技术是发展可重复使用飞行器的关键技术之一。在其服役周期内,防热结构会多次承受严酷的气动力、热、噪声载荷环境,极易受到损伤,影响飞行器正常工作。可重复使用飞行器所使用的隔热瓦防护结构的完整性和剩余寿命直接影响了可重复使用飞行器的重复使用性能,对防热结构进行检测评估对飞行器的服役至关重要。本论文对当前适用于隔热瓦材料的检测手段进行了总结,对比分析了各种方法的优劣,为可重复使用飞行器的热防护结构发展和应用提供技术支持。     

飞轮贮能系统在未来航天器中的应用

传统蓄电池贮能系统由于其比能量小、可靠性低的固有缺陷已难以满足未来航天器的总体性能发展要求。近年来,随着高性能磁轴承、高强度轻重量的复合材料、电力电子技术等一系列关键技术的发展,使得飞轮贮能系统取代目前航天器中镍氢电池贮能系统成为可能。文中系统地阐述这一未来的航天器贮能系统,其中具体介绍了飞轮贮能系统的高比能量、长寿命、高效率等优越特性以及在航天器应用中独具的位姿控制附加功能,并对飞轮贮能系统的结构组成、多功能集成等方面作了较为详细的论述,最后介绍了目前飞轮贮能系统在航天器中应用研究的状况     

随机减量技术的原理及应用

随机减量特征(RDS)是七十年代国外发展起来的一项新的振动分析方法。它是在系统运转的情况下,不依赖激励讯息,仅根据实测响应,识别系统固有动力学参数的技术。本文综述了方法的原理和应用,并给出初步例子,对分析过程作一验证说明。一、引言无论解决航天器中哪一类振动问题:与整个飞行器的控制稳定性有关的,与飞行器结构     

冰粒超高速撞击蜂窝板的数值模拟研究

随着人类航天活动日益增多,空间碎片环境逐渐恶化,对航天器在轨安全运行造成严重威胁,各国学者开展了空间碎片超高速撞击数值模拟研究。目前的研究中一般采用铝弹丸代替空间碎片,但是还有部分空间碎片的密度接近冰的密度,对于冰粒的超高速撞击研究还很少且不透彻。蜂窝板是构成航天器舱壁的主要结构,对航天器内部设备起到保护作用,有必要开展冰粒超高速撞击时对蜂窝板损伤情况的相关研究工作。本文对冰粒超高速撞击蜂窝板开展数值模拟研究,研究冰粒对蜂窝板的损伤情况。研究结果表明,冰粒在一定条件下能够击穿蜂窝板,大量冰粒碎片和蜂窝板碎片将从蜂窝板背面的孔洞中高速冲出,势必对航天器内部设备造成毁伤;在冰粒动能相差不大的情况下,冰粒尺寸和蜂窝板结构将成为影响冰粒撞击效果的主要因素,直径较大的冰粒对蜂窝板的损伤程度较严重。     

航天器结构的零重力环境模拟试验问题

前言航天器绕地球运行所经受的零重力环境,首先考虑的是它的不利效应,如对宇航员生理和推进剂燃烧等的效应。后来曾利用来控制航天器的姿态。只有当大型轻质结构(如天线、太阳阵、辐射器和遮挡板等)在航天器上的广泛应用,特别是空间工业化及各类大型空间结构的研制,零重力环境才以其有利效应得到普遍的重视。相应的模拟试验要求也日见迫切,有关的模拟方法与试验技术迅速地步展。     

老龄结构分析中腐蚀坑与等效裂纹间的量化关系

通过对航空结构的主体材料LY12-CZ进行预腐蚀试验,得到在不同条件下的腐蚀坑尺寸,然后进行疲劳试验并得到试验件寿命,再利用蒙特卡罗(MonteCarlo)方法对Paris公式进行数值积分并求解非线性方程,从而确定了与已知尺寸腐蚀坑有相同寿命所对应的等效表面裂纹的尺寸,最后把等效裂纹和腐蚀坑的尺寸分别代到模拟软件AFGROW内进行寿命预测并和试验疲劳寿命进行了比较。结果发现,把腐蚀坑等效为具有相同寿命的表面裂纹时,等效表面裂纹的尺寸比对应腐蚀的尺寸小19.7%-22.5%。     

Whipple防护结构超高速撞击极限分析

空间碎片的超高速撞击可能导致航天器发生严重的损伤甚至灾难性的失效,由于近地轨道上空间碎片的增加导致航天器的安全受到严重威胁,必须设置防护结构予以防护。本文从动力学分析入手,初步建立超高速撞击时Whipple防护结构的撞击极限方程,得到了与撞击极限相关的参数以及参数之间的关系,为实验提供基础。本文方程得到的撞击极限曲线与已有方程的撞击极限曲线吻合较好。     

微小卫星在LEO背景等离子体环境中的充电特征

航天器在低地球轨道(Low earth orbit,LEO)背景等离子体中高速运行时会在速度下方形成尾流区。本文以南京航空航天大学的"天巡一号"微小卫星为研究对象,利用充放电计算程序SPIS研究分析了其在LEO背景等离子体环境下的充电情况、尾流特征及鞘层结构。模拟结果表明,微小卫星在背景等离子体环境下的充电电位低,这与LEO的充电电位特征相符;其尾流和鞘层结构与大卫星有明显特征区别:(1)其远尾区存在密度增强效应;(2)微小卫星鞘层情况符合厚鞘近似。同时,本文采用轨道运动限制(Orbital motion limited,OML)理论对密度增强效应进行了合理解释,而卫星的材料和尺寸可对密度增强的程度造成影响;在"天巡一号"靠近底板的位置鞘层厚度为0.630m,而鞘层厚度并不是常数,随着卫星表面电位的不同有所变化。     

航天复合材料机翼疲劳试验加载技术研究

随着我国航天飞行器的不断发展,新型全复合材料结构、可重复使用航天飞行器成为了新的研究目标,因此,需要针对航天复合材料飞行器开展疲劳寿命试验技术研究。本文主要针对航天复合材料机翼疲劳试验加载技术开展研究,提出了一种可以在结构表面施加多向分布式疲劳载荷的加载系统。首先分析了机翼的疲劳载荷环境,然后根据载荷的多向性和机翼的材料特点,设计了加载垫和压式杠杆系统,并开展了相关分析和试验验证。最后应用此项技术开展了全复合材料机翼疲劳试验,试验结果表明,此加载技术能够准确、高效完成复合材料机翼疲劳试验,为复合材料机翼疲劳寿命评估研究提供帮助。     

NASA安全气袋跌落试验

NASA正在开发“猎户座”,这将成为美国下一代的乘员探索飞行器,是设计来飞向国际空间站,和完成稳定的人类探月的空间飞行项目的一部分。NASA还进行“猎户座”的海中溅落研究。     

2m超声速风洞总体结构设计

“高速化”、“精确化”是未来飞行器一个极为重要的发展方向,是提高飞行器效能的有效手段,而先进飞行器的研制强烈依赖于地面模拟试验设备——风洞.目前我国现有的超声速风洞设备尺寸和试验模拟能力还有很大不足,主要体现在真实模拟、模拟能力、精确测量等方面.在这种背景下,开展了2m超声速风洞的建设,笔者针对风洞的特点主要介绍结构总体设计概况.该风洞为下吹一引射式暂冲型超声速风洞,采用全钢结构,主要涉及风洞总体布局、模型更换方式、支座布局、风洞洞体各部段间连接、密封和定位、风洞洞体的强度和刚度、洞体水压试验等问题.     

实心/空心杆结构的损伤容限与疲劳寿命估算

对飞机辅助动力装置的支撑杆(实心和空心)的损伤容限进行了研究.该研究探索一旦支撑杆损伤出现微小裂纹,飞机是否还能够安全着陆.首先,计算了两种可能用作支杆结构的裂纹应力强度因子KI,并提出了等应力强度因子的计算模型iso-KI,该模型避免使用材料参数,采用有限元法计算裂纹.然后,将问题进行了参数化,对于不同的材料、内外径比(Din/Dout)及外部裂纹扩展角(θ),得到了通用的应力强度因子KI与裂纹尺寸的关系.最后,用面向对象编程方法,将计算结果集成到程序中,在有统计载荷谱的情况下,可以估算出支撑杆的损伤容限寿命.     

基于SFEM的结构元件疲劳可靠性分析

将结构元件的弹性模量、泊松比、几何尺寸定义为随机场,并将随机场离散成随机变量,将抗拉强度定义为随机变量,采用Monte Carlo随机有限元法(MCSFEM),给出了元件危险点应力的随机分布。由危险点应力分布、材料的p-S-N曲线和Miner理论给出了概率名义应力法,计算常幅载荷下元件的寿命分布,并利用剩余寿命模型计算元件的可靠度。给出了两个算例,结果表明:计算结果与试验结果吻合良好。     

高超声速飞行器的碳氢燃料双模态超燃冲压方案研究

以超燃冲压作动力的高超声速巡航飞行器与火箭动力相比，在M＝6时，比冲增加二倍以上；与亚燃冲压相比，发动机内静温、静压低，从而减轻了结构强度负荷，简化了结构设计。这种巡航飞行器匕行速度快，突防与生存能力强，具有更大的作战能力。根据我国国情，本文提出了一种以碳氢燃料双模态超燃冲压作动力的高超声速巡航飞行器的方案，并针对航程1500km，重1500kg，直径0.6m，长45m的飞行器参数，估算了轨道、飞行时间、燃料消耗,确定了超燃冲压前体进气道及燃烧室的形状、尺寸，并作了超燃冲压性能计算。     

仿鸽扑翼的气动性能分析

以鸽子的特征尺寸以及飞行方式作为研究的主要对象和研制微型扑翼飞行器的模拟目标,使用空间非定常涡格法对仿鸽扑翼飞行器进行了气动性能的计算,分析了迎角、扑动角、飞行速度、扑动频率和推进比等参数对微型扑翼飞行器的气动性能的影响,对扑翼飞行器的设计有一定的参考作用.     

空间生产及失重流体力学

二十多年来失重条件下空间生产研究高速发展着。基础理论、地面试验、载入航天器轨道飞行试验均取得了重大成果。目前,特种合金、半导体材料、超纯玻璃、特效药品和生物制品已在空间制取成功。由于这些产品的巨大军事价值、经济价值和社会效益,使美苏日西欧东欧国家以及一些第三世界国家竞先研究发展。空间生产是在独特的失重条件下进行的,失重物理现象、失重燃烧、失重流体力学是空间生产研究中首先遇到的问题,地面试验手段的创立是解决问题的关键之一。