新型卫星结构设计技术

针对卫星总体对结构提出的轻量化、微变形、高精度等技术要求,文章提出了研制过程中的关键技术,分别从卫星结构构型的比较与优化策略、柱锥一体化的蜂窝夹层结构承力筒设计、面向空间环境热变形控制的结构材料优化、星敏感器的高精度保证技术等四个方面展开阐述。最后,文章总结了卫星结构设计特点,给出了卫星结构研制的结果。     

基于群论的空间可展开结构自由度分析

为了开发构型新颖、生命力强、便于运输和储藏的空间可展开结构，使其满足所处环境的时间、空间等苛刻条件，适应特殊任务的实际需求，亟需开展空间可展开结构的自由度及折展性能分析。由于现有可展结构多具有一定的对称性，基于群论方法，从对称学角度解析结构可动的本质，提出判别对称体系可动性的充分条件。根据几何约束性质，运用矩阵理论和变分原理，推导了可展结构中典型构成单元的位移协调矩阵。利用对称子空间，推导了机构位移模态、自应力模态的对称表示，并以闭合环形可展开结构为研究对象，开展了结构自由度分析。研究工作有助于新型空间可展开结构的研发与设计，为可展结构及其衍生结构的进一步研究与应用提供了理论基础。     

感应加热中功率延伸电缆结构形式的优选设计

在某些特殊工艺的感应加热中,感应线圈需要通过延伸电缆与电源连接.为了解决延伸电缆带来的功率损耗高的问题,分析了并行实芯导体结构、同轴空心导体结构和多束细漆包线密布结构等3种结构形式的电缆的功率损耗和回路电感储能的情况,并进行了试验测定与分析,结果表明,多束细漆包线密布结构电缆上的功率损耗最小,同轴空心导体结构电缆回路的电感量最小.据此,提出了以同轴空心导体结构为基本结构,内、外导体为多束细漆包线密布而成的延伸电缆结构形式.     

集主承力结构与大容量储箱支架于一体的卫星主承力筒结构研究

针对现代卫星结构的大型化、燃料储箱的大型化,提出了一种集主承力结构与大容量储箱支架一体化的卫星主承力筒结构形式,旨在降低卫星质心、提高基频;在满足储箱容积的前提下,又能满足主结构有效载荷往运载的力的传递作用．有限元数值计算表明,该结构形式能够满足卫星相关结构性能的要求,可以作为今后卫星结构设计的参考构型．     

星形张拉整体可展结构分析

提出了一种星形张拉整体可展结构.该结构基于张拉整体单元转化的星形张拉整体结构构建,具有中心单一构件驱动即可实现结构折展的特点.针对星形张拉整体可展结构的工作原理、驱动原理、中心构件长度对结构参数和力学参数的影响等,通过理论分析和仿真研究,对其折展可行性进行了分析验证.      

一种星载控制计算机智能容错方法

  深空探测任务对星载控制计算机的智能性、环境适应性和自主性提出新的需求。介绍目前星载控制计算机容错方法的进展情况,提出可进化硬件容错这种可用于星载控制计算机容错设计的智能容错方法,给出该方法的三种实现结构,即并行结构、串行结构和具有故障检测功能的串行结构,并对各种结构进行分析和比较。最后,用仿真验证平台验证了串行结构的可行性和容错性。     

选区激光熔化三维点阵结构尺寸效应研究进展

三维点阵结构技术是兼具轻量化和功能-结构一体化设计的创新型技术,结构成形所依赖的选区激光熔化技术在成形跨尺度结构和渐变结构时面临严重的尺寸效应问题,制约了三维点阵结构的应用及推广。特征结构的“形”、“性”特征是评价打印质量的重要标准,因此,以三维点阵的特征结构——杆和薄壁作为研究对象,系统梳理了尺寸效应的相关研究。首先,从温度场出发,阐述了特征尺寸对宏观热累计及介观熔池尺寸、温度梯度、冷却速率的影响规律,为进一步“形”、“性”分析提供依据;其次,缺陷和微观组织形貌是控“形”的主要内容,因此总结了特征尺寸对微观孔隙率、尺寸精度、粗糙度三种缺陷程度及晶粒尺寸、排向两种微观组织特征的影响规律,并对其产生的机理进行了分析;最后,对比了不同缺陷和微观组织特征对力学性能的影响,为特征结构控“性”提供借鉴。合理的工艺参数选择与特征尺寸相互配合,可以有效改善打印质量,提高特征结构的力学性能,为跨尺度结构及渐变结构的工艺方案设计提供参考,同时也为极致轻量化的探索提供了思路。     

航空发动机转子结构布局优化设计方法

结构是航空发动机功能、性能及可靠性设计水平的综合体现,一切技术要求、性能指标、强度指标或者结构的安全性和可靠性都应建立在合理的结构布局设计上。提出了航空发动机转子结构布局并对其进行优化设计的观点,同时以典型高推重比涡扇发动机高压转子的结构构型为例,基于试验设计（DOE）的响应面法,应用有限元计算并通过多目标遗传优化算法,分别从抗变形能力、力学环境适应能力以及转子结构效率综合进行相关优化计算,论证了合理的结构布局形式可以大幅度提升转子的力学特性。研究方法对于航空发动机转子系统的初始结构布局设计具有指导意义,可以显著减少结构设计的迭代次数,缩短设计周期。      

面向开发过程的产品结构形式化建模

为满足开发过程产品结构数据的动态结构配置、动态任务协作、动态目标求解、动态状态跟踪等应用需要,在对开发过程产品结构属性及其相互关系进行分析的基础上,提出了一种面向开发过程应用的产品结构形式化模型.结合产品开发活动的时域行为特征,给出了产品结构的时域定义,并以此为基础构建了产品结构模型的时域扩展定义.通过分析产品状态与开发任务时域行为的映射关系,在产品结构时域扩展定义的基础上,提出了基于时间截面的开发过程产品结构状态追踪方案及算法,并通过模拟产品对象在开发过程中的状态变迁过程,验证了模型及相关应用方案的实用性和有效性.      

可展开航天器的充气系统分析

1引言□□充气结构的应用极其广泛,包括数据接收和传输天线、太阳防护罩、散热器、聚光器、太阳电池翼、太阳帆、充气机翼、航天器着陆系统、行星探测器充气轮胎,甚至居住舱等。充气航天器的结构形式也是多种多样,从几厘米大的微型飞行器到几千米尺寸的太阳帆或者太阳电池翼。在很多情形下,充气结构是唯一可行的选择,因为这种结构有其特有的优势,它的质量轻、折叠体积小、价格低廉、展开可靠性高,这是其他结构所无法望其项背的。2充气结构的分类按照工作方式,充气结构一般可以分为以下3类:持续充气(CI)结构,充气刚性化(RI)结构和一次性充…     

压电自适应桁架结构主动控制模型及实验

为提高结构对外部环境的抗干扰能力,构造了压电柔性自适应桁架结构,并对其主动控制进行了研究.由传感器、作动器与柔性梁组成压电自适应桁架结构.基于自适应结构的机电耦合理论,在测量位移的情况下,采用改进的二次积分力反馈控制方法研究了空间压电柔性自适应桁架结构的振动主动控制问题.建立了压电柔性自适应桁架结构主动控制实验系统,并对这类自适应结构进行了实时计算机振动主动控制实验研究.实验研究表明柔性自适应桁架结构能够改善结构的动力学特性,对外界的干扰具有良好的自适应性.     

某卫星平台多结构工况下的优化设计

采用航天器结构优化系统ESSOSⅡ(Engineering System of Structural Optimization for Spacecraft),对某复杂卫星结构进行了以重量最轻为目标、以其中复合材料板件的铺层厚度为设计变量的优化设计,考虑发射(收拢)和在轨(展开)2种结构工况下的基频和应力等约束条件.基于2种结构工况下的有限元模型,采用二级多点逼近寻优算法进行优化求解,每一次优化迭代过程中均需对各结构工况模型作有限元分析.优化后结构重量比初始设计有明显降低,且满足收拢、展开结构工况中的所有约束条件,为卫星结构分系统的改进设计提供了依据,同时进一步验证了ESSOSⅡ系统的有效性.     

民用飞机机翼结构快速设计及自动化调整

为提高总体设计的质量和效率,研究了民用飞机机翼结构及整体油箱的设计措施,并在一个开放式飞机总体设计环境中实现这一功能.定义了飞机翼面坐标系,提出了机翼、梁/墙、桁条、翼肋和蒙皮的参数化描述及模型构建方法,建立了交互式机翼结构及油箱三维设计环境,自动获取结构及油箱的体积、重量、重心和惯性矩等物理信息.在此基础上,实现了机翼结构和整体油箱的自动化模型调整及几何体质量特性的自动重算,为总体设计阶段进行飞机重量、气动和结构的多学科设计优化奠定了基础.最后,给出设计实例说明了机翼结构的设计和自动化调整方法是有效的.     

遥感器球面反射镜蜂窝孔轻量化优化设计

针对遥感器球面反射镜背部蜂窝打孔减重结构,编制单元划分、节点生成程序,使之自动建立有限元模型文件;应用结构分析软件对该结构进行自重载况下的静力计算,变动各有关结构参数,得出一系列镜面最大变形值;处理这些数据,拟合曲线,进而导出该结构轻量化最优解的经验公式。     

环氧树脂电子束固化微观结构及其影响因素

采用扫描电镜对不同固化时间下电子束固化环氧树脂的微观结构进行观察和分析,探讨其形成过程,并研究了树脂分子结构、相对分子质量、树脂体系组分及辐射条件对微观结构的影响. 实验结果表明,环氧树脂经电子束固化后形成片层结构,树脂分子结构和分子量对其固化微结构的影响不大;不同结构、分子量的环氧树脂电子束固化过程中均会经历预聚体结构—圆片网络—圆片形成—圆片增长的生长过程,故其微观结构都呈现圆片状形貌;随着辐射剂量的增加,圆片逐渐增大;存在最佳引发剂用量,使圆片尺寸达到最小.      

基于不同寿命分布的DFR值换算关系

由于使用要求、载荷情况、结构型式与寿命可靠性要求等方面的显著区别,军机结构细节疲劳额定值(DFR,Detail Fatigue Rating)的定义有别于民机结构,主要体现在寿命分布假设与基本可靠性要求的不同以及基本结构的差异上.通过构件疲劳额定系数修正基本结构细节数的差别,假定采用对数正态分布与威布尔分布估计同一结构的中值寿命得到的估计值相同,从而导出了基于不同寿命分布的DFR值换算关系,给出了换算关系取决于DFR基准值与材料类别的结论.为军机结构耐久性设计提供了一种通过民机相似结构DFR值换算确定军机DFR值的方法,最后通过算例进行了验证.      

结构健康监测技术在航天运载器结构中的应用探索

为了探索结构健康监测技术在航天运载器结构中的应用,通过把微型传感器纳入箭体结构设计之中,和箭体结构集成为一体,从而达到结构自身对环境参数、受载情况的实时监测。以小型无线温度传感器为研究对象,通过方案设计和试验验证进行了初步探索,并针对在航天运载器结构中应用的后续工作提出思考。     

自适应结构综述

开展自适应结构研究的目的是为了衰减与控制大型柔性空间结构的振动,并保持其外形.在这种结构的承力部分集成有作动器、传感器和控制器,可对内部或外部激励自动地作出响应,并进行调整.自适应结构在未来大型空间飞行器中将具有重要的且不可代替的作用,文中对自适应结构的有关技术进行了综合论述,内容包括自适应结构的发展背景、定义与组成、基本概念与理论,以及有关关键技术.      

角区三维漩涡流动的新分离结构

分别用数值计算和PIV(Particle Image Velocimetry)实验方法研究角区层流边界层三维定常分离的流动结构,证实了角区确实存在有别于传统分离现象的附着鞍点结构,对称面上游的流线并非从壁面向上抬起从壁面分离,而是经由空间某个奇点向壁面附着.角区马蹄涡的传统分离鞍点结构和附着鞍点结构之间存在着一定的演化规律,影响参数包括模型头部钝度、边界层厚度和雷诺数.一定的边界层和雷诺数条件下随着模型头部钝度减小,角区马蹄涡将从传统的分离鞍点结构逐步过渡为附着鞍点结构;对一定的模型若雷诺数越大、边界层越厚则角区流动越趋向于传统的分离鞍点结构,反之则倾向于附着鞍点结构.     

结构使用寿命评定的功能失效概率控制方法

提出了结构关键件功能失效概率、单机功能失效概率和机群功能失效概率的概念.以二项分布为基础,建立了从结构关键件功能失效概率、单机功能失效概率直至机群功能失效概率分析计算模型,并建立了基于功能失效概率控制的结构修理时间确定和使用寿命评定方法,给出了型号结构使用寿命评定计算分析实例.