航天器子结构模态综合法研究现状及进展

现代航天器结构十分复杂,无论采用计算方法还是试验方法进行分析都是十分艰难的。在这样的研制背景下,子结构模态综合法应运而生。系统地回顾和总结了三大类子结构模态综合法的发展历程和相应的改进,介绍了该方法在航天工程上的应用。采用该方法可极大地提高航天器型号的研制效率。提出了子结构模态综合法面临的问题。     

试验模态综合技术的误差理论研究及工程实际应用

本文分析了在大型工程结构的实际应用中采用动态剩余模态的试验模态综合技术所产生的误差,进行了减小各种误差因素的相应理论研究。它包括子结构主模态归一化过程中以试验数据为基础的正交性质量矩阵修正以及对试验实测的动态剩余模态的非线性修正。通过对运载火箭结构的实际应用,证明本文所提出理论方法及手段是正确和有效的。它对于将试验模态综合技术成熟地应用于大型复杂结构以解决目前所面临的全结构动力学试验的困难,具有重要意义。     

应用结构动力学模型进行弹翼静强度计算

以模态试验结果为基础，根据特征方程反问题的直接方法对结构界面的连接刚度作参数辨识，得到结构的连接界面边界条件，建立超准确的结构动力学模型，利用该模型进行结构静强度计算，可以得到比传统静强度计算更加合理的结果。讨论了某型导弹弹翼的强度计算，说明该方法是可行和有效的。     

串接式BENFIELD对接加载约束子结构法——带冠涡轮叶片和压气机叶片的动力分析

本文把Benfield和Hruda的对接加载约束子结构法加以推广,导出一组适用于多部件串接式系统的递推公式。应用两种有限单元:八结点超参厚壳元和非协调位移模式的八结点三维块单元,以带冠涡轮叶片和压气机叶片作为实例,它和全结构整体计算方法以及试验数据作对比,证明了本文方法在保持高的计算精度的同时,可以成倍地节省机时和费用。     

星箭耦合力学分析中的卫星混合模型研究

为准确预示卫星所承受的载荷和动力学环境,需要卫星研制单位提供卫星动力学模型,进行星箭耦合动力学响应分析。随着“细长型”构型卫星逐步增多,仅以星箭界面载荷进行卫星强度校核会带来较严重的过设计,需要形成一种适应内部界面载荷提取的卫星分析模型生成方法。基于子结构缩聚及装配的基本原理,将卫星合理划分为多个子结构,推导了各子结构缩聚后质量和刚度矩阵的生成方式,介绍了子结构间物理连接单元与各子结构缩聚模型装配的原理以及卫星混合数学模型生成过程。以某典型卫星结构为例进行分析验证,结果表明:卫星混合模型在保留了缩聚模型各项优点基础上,实现了卫星内部界面物理单元的载荷输出。     

基于脉冲子结构的探测器结构动力学优化设计

针对传统结构优化设计中，精细化模型求解复杂结构动响应过于耗时的问题，引入保精度、高效的脉冲子结构方法，提出一种考虑结构动力学响应的优化设计流程，并对月球探测器太阳翼结构进行优化分析，获得了太阳翼结构设计参数，有效地提高了太阳翼动力学特性指标，改善了月球探测器关键位置处的动力学环境。结果表明，脉冲子结构方法可以有效应用于航天器结构动力学优化设计，提高优化设计效率，所得优化结果对实际结构设计具有一定指导意义。     

四机并联发动机低频动态特性分析

为了获得发动机结构的低频动态特性,采用有限元方法进行了液体火箭一级四机并联发动机(含机架)的计算模态分析。由于发动机为复杂的非对称结构,建模时按质量和刚度等效原则将推力室的夹层结构简化成单层板,其余结构大都按空间梁简化,通过改变材料密度保证了模型质量与发动机稳态工作时的质量一致。简化后的计算规模适中,既反映了结构的主要特征又不浪费计算机资源和时间。计算结果表明了四机并联发动机系统中有多阶轴向运动较大的模态值得注意,需避免它们和发动机的低频脉动及箭体的低频振动耦合。     

卫星次承力结构设计对振动响应的影响

以风云二(FY-2)气象卫星为例，分析了设计中卫星次承力结构类型、连接、梁形式、功能单机结构和材料等对结构动态性能的影响，并提出了针对性设计改进。试验结果验证了改进的有效性。     

振动试验夹具边界效应的动力学分析

振动试验夹具的边界效应是影响振动试验模拟精度的主要因素之一。忽略试验件与试验夹具之间的动力学作用,应用振动台的基础激励来模拟实际的振动环境,其结果的有效性依赖于工作状态的振动边界和试验状态的振动边界在多大程度上满足无限大阻抗输入模型假设。文章提出了一种分析夹具边界效应的有效方法,该方法来源于结构动力学分析的子结构方法,将包含夹具在内的试验系统的动力学特性表述为子结构动力学特征参数描述的标准特征值问题,通过特征频率与振型的比较,评价夹具的边界效应。数值模拟展示了分析过程,并验证了该方法的实用性。     

空间站梦天实验舱整器动力学分析和试验研究

空间站研制过程中，获取准确的航天器主要动力学特性有重要意义，整器动力学特性测试是研制过程中一项必不可少的大型试验项目。针对空间站梦天实验舱整器动力学问题，通过建立螺栓—法兰局部连接结构的有限元模型，分析接触状态下刚度随外力的变化关系，分别计算拉压特性下的刚度量级，并采用子结构综合方法，依据部件级模态测试结果得到梦天实验舱整器的动力学特性。结果表明:将螺栓法兰连接刚度等效为双线性弹簧，结合子结构综合预示方法，梦天整器动力学特性的预示具有较高精度。通过连接结构的精细化建模和子结构综合预示，只需进行舱段级模态试验，节省了研制经费、缩短了研制周期，可为空间站及其他大型航天器的研制提供指导。     

天线连接框的机加工工艺研究

文中主要介绍了某卫星舱体复合材料壁板即东板中的大型预埋件—天线连接框零件的结构特点和加工难点,以及初样阶段零件加工工艺方案的制定,分析了出现的一些问题,并详细介绍了在正样阶段机加工工艺的改进措施。     

实时遥测原始数据对接方法的研究与应用

实时遥测数据处理系统借鉴了事后处理中多站原始数据对接设计思路,实现了实时遥测原始数据对接。实时对接数据处理具备了实时处理的速度和事后处理的质量,提供了一种全程连续的结果,并能克服部分设备数据散乱造成的参数误解问题,更好地满足了任务需求。实时对接技术是实时遥测数据处理系统中的亮点和难点,本文提出并实现了以遥测数据帧为粒度的实时多站遥测原始数据对接方法,分析了实时对接中面临的现实问题和困难,给出了方法实现的关键步骤、核心算法和具体流程,并指出了与事后对接的相同点和不同点及难点。最后,对方法的应用效果分别同单站设备结果、事后对接结果进行了比对分析,比对结果表明了该方法的可靠性、有效性和鲁棒性。该方法已多次应用于实时任务中,效果良好。     

强连接解锁器的研制

强连接解锁器是利用楔块承受并传递连接力,具有连接力大、解锁分离力小的结构特点,是一种新型航天火工装置。 文中详细叙述了近30年来常用的3种解锁器的发展概况、结构特点及适用场合。从这3种解锁器的性能分析比较中,可以看出,必须研制一种新型结构的解锁器,才能满足连接力大而分离力小的要求。文章还进一步介绍了强连接解锁器的主要性能、结构特点及试验结果。     

展开锁定对太阳电池阵驱动机构的冲击载荷分析与测量

太阳电池阵在空间会以较大的速度展开到位并锁定,这会给太阳电池阵的对日定向驱动机构(SADA)带来一定的冲击载荷,而仅依靠软件仿真很难得到准确可靠的冲击载荷数据。文章提出在卫星星体与太阳电池阵根部铰链之间串接一个测量工装,通过测量工装产生的应变可间接获得冲击载荷。该技术措施已在型号研制中得到应用,为驱动机构承载能力的设计分析和考核提供了依据。     

天基信息传输分发体系中新频段及新体制梳理

文章介绍了激光通信、太赫兹通信和量子通信等新的通信频段及通信体制在天基信息传输分发体系中的应用前景。激光通信链路可用于构建未来空间骨干网,附加在激光链路上的量子光通信链路可以极大提升链路保密性能,太赫兹通信链路可能在未来卫星星座及伴随飞行集群内部高速数据交换场合提供大带宽及灵活组网的通信能力。各种新形式的链路技术结合起来,可以为天基信息传输分发系统提供支撑。     

复合材料裙级间连接结构强度预测

针对复合材料裙级间螺栓-柱销连接结构试件,建立了三维有限元逐渐损伤模型。该模型可模拟试件损伤起始、发展及最终破坏的整个过程,并能较好预测试件破坏的模式和强度。该模型包括应力分析、失效判定准则和材料性能退化3个步骤,采用该模型对试件进行了损伤扩展分析和强度预测,计算结果与实验结果较吻合。     

SBIRS-Low目标跟踪交接分析

对天基红外卫星系统低轨部分(SBIRS-Low)单星只测角的主动段跟踪交接进行了研究。提出了用插值和滤波两种方法计算目标视线(LOS)偏差的算法。仿真讨论了多项式阶数和时间窗长度对插值外推法的影响,以及插值外推法与滤波法性能的比较。结果表明:当预测时间小于30 s时,预测视线偏差小于0.4°,此时预测视线将以较大概率落入跟踪相机视场角1°×3°范围内,满足主动段跟踪交接条件,表明单星主动段跟踪交接具可行性。     

一种用于增强广播式自动相关监视的多数据链桥接方法

多种数据链并存是广播式自动相关监视发展所面临的一个现实问题。由于存在三种不同体制、互不兼容的视距数据链体制,严重影响基于航空器之间的空空监视效果,制约飞行流量和飞行安全保障能力的提高。提出的通过在不同体制数据链地面收发信机之间进行桥接的方法,将一个数据链网内的广播信息直接接续到另一个数据链网络,进行二次广播,可以实现不同数据链之间广播信息的直接接收,增强这种自动相关监视的空空监视效果。     

基于VC++5.0的三维图形生成方法

对计算机图形显示中的一个复杂问题－－隐藏线的消隐问题进行了研究。并结合信号分析中信号的三维图形显示问题，阐述了基于来家算法的图形快速消隐处理的三维图形生成方法。在此基础上，巧妙利用ＶＣ＋＋５．０中的库函数，探讨了三维网格图的生成方法，并非常方便地实现了三维图形的拉伸、旋转。仿真实例表明该算法简单易行。     

C/C扩张段典型连接结构热应力对比分析及试验研究

C/C扩张段与喷管基础段的连接结构是影响C/C扩张段热应力的关键因素,为了获得最优连接形式,采用相同的边界条件、材料参数和结构尺寸,对螺纹、倒锥、销钉和套锥共4种典型连接结构的C/C扩张段进行了热应力数值模拟。通过温度场和应力场对比分析,并考虑工程应用性,认为销钉连接结构最优。采用φ340 mm试验发动机,对销钉连接结构C/C扩张段开展了热试车考核。试车后,C/C扩张段结构完整,验证了该连接结构的设计合理性。热试车过程中,成功测试了C/C扩张段外壁面的实时温升曲线,各测点的温升规律以及沿轴向的温度趋势与理论分析基本一致,发动机工作结束时最高温度达1 127℃。