在轨释放、分离载荷动力学仿真研究

某些航天器需要在飞行过程中释放、分离载荷,由此涉及的动力学问题,关系到航天器平台与载荷的控制。文章主要对此类航天器的多体动力学问题进行研究,基于机械系统动力学仿真分析（ADAMS）软件平台建立了包括航天器平台、载荷和两类分离机构等在内的仿真模型,通过对三种在轨释放、分离载荷方案的分离过程动力学仿真结果对比分析以及参数化仿真分析,为载荷释放、分离方案设计提供参考。     

火箭末级离轨系统中电动力绳系释放条件分析与控制设计

绳系释放过程是电动力绳系火箭末级离轨技术的关键,开展了绳系释放条件分析及控制方案设计。首先,基于"珠式"思想,建立离轨系统绳系释放过程的刚-柔耦合动力学模型。随后,基于数值仿真开展绳系释放条件分析。仿真结果分析发现,释放时火箭末级初始姿态对绳系释放稳定性影响较大,仅靠绳系拉力控制,系统稳定裕度较小,很难保证绳系释放稳定性。据此,进一步提出了一种绳系稳定释放控制方案,并通过数值仿真验证了控制方案的有效性。     

拖曳式诱饵释放时机和释放过程研究

在拖曳式诱饵的使用中,有两个问题必须考虑：一是诱饵释放时机;二是诱饵释放过程。首先对诱饵的释放时机进行论述,给出诱饵最佳释放时机;然后采用数学方法,建立诱饵释放过程模型,对其进行仿真,得到了较为准确的仿真结果。     

深空探测采样返回起旋分离动力学仿真分析研究

针对深空探测采样返回高精度起旋分离,实现返回器再入大气姿态稳定的需求。在自主研发的被动式起旋分离机构的基础上,以多刚体系统动力学理论为基础,建立返回器起旋分离ADAMS动力学仿真分析模型,开展起旋分离过程综合敏度分析、敏感参数偏差耦合分析以及覆盖性分析研究,以此评估多参数偏差对返回器初始分离姿态的影响。分析结果表明：动力回转轴偏差和返回器横向质心偏差对返回器起旋分离姿态影响最为明显;合理配置动力回转轴及返回器横向质心位置有助于改善初始分离姿态;经多参数偏差覆盖性分析,验证了起旋分离各项指标的符合性。为深空探测采样再入返回高精度、高可靠分离技术的工程实施提供理论指导。     

月球取样返回器分离阻力分析与地面分离试验验证

探月工程三期研制的月球取样返回器与轨道器间采用导向装配方式,装配后存在一定预应力,同时在轨两器分离时受空间环境作用而出现热变形,引起的分离阻力会对两器的正常分离产生影响。文章对返回器与轨道器的分离阻力进行分析和测量,并开展相关地面分离验证试验,结果表明,在轨环境引起的分离阻力约为366 N,地面装配应力引起的分离阻力约为160 N,两器分离速度约为0.24 m/s。研究结果可为轨返两器的分离设计提供参考。     

基于速度增量修正的卫星入轨段外测数据定轨新方法

在传统的数值积分精密定轨方法基础上,提出基于器箭分离速度增量修正的定轨方法,实现了器箭分离前后两段外测数据的联合定轨。仿真计算结果和任务实战数据验证结果表明,该方法大大提高了地月转移轨道入轨段外测定轨精度,比传统初轨确定方法提高约一个数量级。     

空间飞行器的对接分离与地面模拟试验的仿真分析研究

对两对接飞行器的分离过程和地面模拟试验过程进行了理论分析,论述了两飞行器在分离瞬 间空间分离过程与地面模拟试验过程之间的对应比拟关系;依据地面试验中给出的多种工况 ,利用多体动力学软件ADAMS仿真分析并比对了地面和空间零重力两种环境条件下两飞行器 分离时的运动特性,讨论了地面五自由度对接分离气浮平台模拟两飞行器在空间实际分离时 带来的原理误差影响。     

基于MWorks的自动器-管路系统动态特性仿真

自动器是液体火箭发动机中用于调控工作过程的关键组件,其稳定性直接关系到系统的可靠性。为研究自动器管路系统的参数对系统动态特性的影响,根据液体火箭发动机系统中流量调节器、单向阀两种典型自动器的工作原理,基于国产自主化系统仿真软件平台MWorks,采用Modelica语言搭建流量调节器—管路系统和单向—管路系统模型,并分别开展了频域特性和时域特性仿真求解。考虑到MWorks以时间为仿真变量,为实现频域特性求解,将拉氏算子设置为全局变量,并通过拉氏算子与频率的关系以及频率随仿真时间变化的函数,得到频域参数随频率的变化曲线。结果表明：在MWorks中可通过以拉氏算子为变量的陈述式方程或传递矩阵形式的频域数学模型来构建液体火箭发动机组件频域模型,并可通过组件连接的方式完成系统动态特性仿真,且仿真结果满足精度需求。     

运载器级间冷分离使用直接力姿控方法研究

侧向喷流直接力控制技术已在大气层外动能拦截器和大气层内防空导弹中得到成功应用.运载火箭作为跨大气层飞行器,可尝试采用该技术进行姿态、轨道控制.介绍了一种由侧向喷流发动机作为姿态控制执行机构的运载器,讨论了该运载器在级问冷分离过程中进行姿态控制的可能性,建立了运载器在大气层外飞行条件下的分离姿态动力学模型,并设计了滑模变结构姿态控制规律.仿真结果表明,所设计的级间分离姿态控制方法能降低上面级的初始姿态误差.     

低冲击分离装置冷气驱动分离过程的动力学建模与试验

介绍了一种低冲击分离装置的结构,并对冷气驱动分离试验进行了分析,依据能量守恒公式和空气动力学原理,为分离装置的冷气驱动分离过程构建了数学模型;对某型号的低冲击分离装置的冷气驱动分离过程进行了仿真和试验,仿真结果与试验数据相吻合;对冷气驱动试验过程中部分参数变化对分离过程中峰值气压的影响进行了仿真,仿真结果对分离装置的设计和优化具有指导意义。     

低空大动压级间分离碰撞边界预示方法

以低空大动压级间分离过程为研究对象,基于组合优化策略,研究多种偏差耦合干扰下分离碰撞危险包络优化分析方法。确定分离过程仿真优化的具体流程,并建立低空大干扰条件下级间分离过程动力学模型和仿真模型,最后通过算例对比分析校验模型的合理性与仿真方法的有效性。研究结果表明,通过组合优化策略可快速有效实现对随机偏差耦合干扰下低空大动压分离过程的碰撞危险包络进行定量预示,并为分离系统偏差量控制提供依据。     

基于形状记忆合金的空间分离装置研究进展

航天器需要分离装置实现空间分离功能,传统的火工品分离装置存在高冲击、高污染以及不可重复使用等缺点,形状记忆合金（shape memory alloy, SMA）可以有效解决传统火工品分离装置的不足。文章对国际上基于形状记忆合金的空间分离装置（shape memory alloy release device, SMARD）的研究现状进行了概述,对不同类型的 SMA 分离装置的研究进展加以介绍,进一步分析了用于微小卫星的分离装置研究进展;分别从承载能力、质量、体积、冲击性能、分离时间、重置性、兼容性七个方面对这些装置进行了分析对比,提出了进一步开发新型SMARD的建议,为SMARD的选择、设计和深入研究提供有益的参考。     

Pyromechanical and detonation systems of construction separation in spacecraft for planetary and astrophysical investigations

Theoretical and experimental aspects of design of service devices and systems using burning and explosion energy to separate automatic spacecraft constructions are considered. The main dependences necessary for their calculation are presented. The areas of rational application of one or another type of separation devices are determined, and the results of ground tests of separation systems are given. The practical recommendations on designing the described systems for separation of high-precision automatic spacecraft for planetary and astrophysical investigations are presented.     

一种火工分离螺母释放可靠性验证试验方法

在分析航天器火工分离螺母构造、功能及工作原理的基础上,确定了火工分离螺母释放可靠性特征量。以计量型可靠性试验为基本思路,应用"应力-强度"干涉理论,提出了一种火工分离螺母释放可靠性验证试验方法,包括试验方法的选择、试验件状态及试验条件的确定、测试数据采集和可靠性评估方法。应用示例表明,某航天器火工分离螺母释放动力与释放阻力相比具有足够的裕度,释放可靠度满足指标要求。该方法可为火工分离螺母释放可靠性验证提供参考。     

空间绳网捕获动力学仿真

空间绳网捕获系统是一种很有前景的空间碎片清除方法。然而，绳网的部署与捕获过程非常复杂，截至目前仍存在少量关键问题有待解决。对绳网捕获过程的研究是为了得到更合理的初始释放条件，以便绳网在接触目标后能成功包裹目标。利用有限元法将绳网进行离散，建立弹簧质点模型，并通过有限元软件进行仿真。同时提出了与仿真相关的3个接触参数，通过对不同捕获模型接触参数的横向对比找出绳网系统在展开及捕获过程中接触行为的区别。仿真结果表明，采用方形绳网系统对于正方体与弧形薄壁体目标捕获效果相对较好，对球形目标的捕获效果相对较差。针对不同捕获物体，绳网中最大应力出现的位置也不同，但最大应力都是集中出现在绳网与捕获目标棱角接触处与牵引球连接处。该仿真结果对最优绳网初始释放条件与编织形式的选取具有指导意义。     

一种多星分离的姿控联合仿真方法

现阶段仅依据多体动力学,难以准确分析和评估多星分离时含调姿过程的近远场分离过程。因此针对一箭多星任务的分离安全性设计需求,提出了一种姿控联合仿真方法,实现了近远场分离的实时调姿仿真。计算结果表明,该方法与专业弹道软件相比,计算误差不超过5%。同时为了进一步研究结构参数、动力学参数和调姿算法等变量对分离方案的影响,结合拉丁超立方采样和蒙特卡罗打靶法,优化了采样空间,从而可以快速分析变量偏差、采样方式对不同分离工况的影响,进而准确判定分离方案的安全性。该方法实现了参数的自动化设置,可有效提高仿真效率,能为一箭多星发射任务的快速论证及分离安全性设计需求提供有力支撑。     

悬挂发射装置的总体设计方法研究

以高压气体作为弹射能源为思路，研究了悬挂发射装置的动作过程和运动规律，提出了一套新型悬挂发射装置的设计方法。对近年来逐步发展的现代设计方法如何在悬挂发射装置设计中推广应用，指导新型悬挂发射装置研制的全过程作了阐述。本文考虑多种因素的影响，应用变质量系统的能量方程和牛顿第二定律建立气压传动装置的数学模型；将拉氏方法和机构动力学引入弹射机构装置的数学建模中，在求解考虑管壁摩擦和截面积变化的准一维非定常流守恒型方程组时采用算子分裂技巧来构造差分格式，本文将小波分析中奇异性检测理论应用到结构优化，对基于系统仿真技术的动力学参数，结构尺寸，气源参数和导弹重量等进行多目标全面优化，将小波分析中非线笥浮动阈值去噪理论应用到含噪试验的数据处理中，取得比传统降噪滤波及一般的小波和小波包逆变换重建信号更好的效果；将模糊数学理论应用到系统的可靠性分析和综合评判中，可以更好地完善系统的设计方案，运用弹射投放性能测试技术对悬挂发射装置的设计方案进行了试验验证。     

活塞式分离火工装置分离特性的仿真与试验研究

建立了活塞式分离火工装置分离过程的仿真模型，对活塞式分离火工装置在两种边界条件下的分离特性进行了数值仿真，找出了影响活塞式分离火工装置分离速度和分离过载的主要设计因素。试验结果表明：该模型精度较高，具有较强的工程应用价值。