航天器LVDS电缆三维模型嵌入EMC软件接口研究

航天器有效载荷设备之间高速率数据信号通过LVDS电缆进行传输,LVDS（低压差分信号）电缆的EMC特性对系统产生直接影响。LVDS电缆采用Pro/e软件进行三维设计和建模,通过电缆三维模型嵌入EMC软件的接口研究,摸索一套模型导出、重建、剖分和创建等的行之有效地方法。接口研究开创了LVDS电缆三维模型与EMC 软件接口从无到有的先河,初步搭建了Pro/e三维设计软件与系统级电磁仿真软件的桥梁。通过对航天器LVDS电缆在整星上布局的优化和EMC特性的分析,有力保障了航天器载荷可传输优质的图像质量。     

基于离子电推进系统的航天器有效载荷能力分析

为预估与提高航天器有效载荷能力,结合航天运输系统理论与离子推力器放电模型,对深空探测任务中以离子电推进系统为主要动力来源的航天器有效载荷能力进行了分析。通过理论推导,构建并揭示了有效载荷分数与深空探测任务参数和电推进系统性能参数的函数关系与潜在联系。结果表明:动力装置单位质量越小,航天器所能达到的最佳有效载荷分数越大;有效载荷分数的高低与离子引出份额、原初电子利用率参数的大小以及任务时间的长短呈正相关;当离子电推进系统可以达到更高的载荷比时,则需要更高的工质利用率作为支持。     

翼吊发动机安装结构等效建模及其隔振设计

为了研究翼吊发动机安装结构隔振特性并优化其隔振器设计,建立了发动机安装节-吊架-机翼结构理论分析及有限元模型.利用有限元方法进行了模态验证并分析了安装结构的隔振特性.进行发动机3种典型工况下的结构动响应分析确定了振动传递的主路径.基于振动传递路径法研究了隔振器参数和安装位置对安装系统隔振性能的影响规律.结果表明:振动载荷经安装结构后低压转子转频和高压转子转频峰值响应分别降低22.03%和14.65%.低压转子转频振动传递主路径为发动机-前安装节-吊架-机翼,高压转子转频为发动机-后安装节-上连杆-机翼.通过合理设置隔振器位置可以使安装系统隔振率达到50.41%,隔振器的频率比为5和阻尼比为0.25时安装系统隔振率可达70.67%.为了优化整个发动机安装系统的隔振效果,设计隔振器时必须选取合适的安装位置和参数.      

新型整星隔振平台的被动隔振性能及星箭耦合特性分析

针对卫星的隔振要求,提出一种新型半主动整星隔振平台,采用磁流变(MR)阻尼器作为半主动作动器。为增加平台的横向转动刚度,提出一种套筒式防摇结构。建立新型整星隔振系统的详细有限元(FE)模型,对隔振系统进行基础随机激励下的响应分析和隔振平台的振级落差分析,并建立星箭系统的详细有限元模型,分析星箭结合后对整星隔振性能的影响情况,以及加入新型隔振平台后对火箭动态特性的影响。结果表明:新型整星隔振平台具有优良的被动隔振性能;火箭的动态特性对新型隔振系统的性能有一定影响,但当火箭和隔振平台结合处的刚度较大时,影响较小;加入新型隔振平台后,在火箭点火时到一级分离时,火箭整体的动态特性无明显变化。     

中继卫星复合控制系统设计

根据中继卫星系统多体控制的特点，合理地选择了中继卫星复合控制系统方案；然后根据所选择的方案，分别设计了中继卫星星体姿态稳定控制系统和单址天线指向控制系统，详细描述了天线指向控制概念，并且设计了星上自主控制方案；最后以不同的用户星作为跟踪目标，对所设计的复合控制系统进行了数学仿真。通过对仿真结果的分析，验证了该系统的有效性。     

核聚变空间推进器的初步需求分析

参考一种简化的、解析近似的计算模型，以地球到火星的对接任务和往返任务为例，对核聚变等离子体推进器性能关键参数如推进系统质量、比冲、任务时间、有效载荷份额及比功率等进行分析，得出了任务时间和有效载荷质量份额与聚变堆芯输出功率、推进器结构质量和比冲的依赖关系。在此基础上，结合核聚变地面商业堆的相关进展，对现有的技术做合理适当外推，理论计算表明:飞行任务能够在1~2个月内达到目的星球同时可携带超过10%的有效载荷份额，并提出了未来核聚变空间推进器的初步参数方案和设计构想，总体上能够为未来核聚变空间推进技术的发展提供一定的参考。      

基于正负刚度并联的低频隔振器研究

为了能够抑制微振动对在轨运行航天器造成的不利影响,提出了一种由螺旋柔性弹簧（SFS）与磁性弹簧并联构成的低频隔振器;其中,螺旋柔性弹簧作为正刚度元件为系统提供承载能力,并通过有限元建模对其轴向刚度特性进行了数值分析;由两两相吸、同轴配置的3块环形永磁体构成的磁性弹簧为该隔振系统沿轴向提供负刚度以降低系统的固有频率;基于等效电流模型分析讨论了该磁性弹簧的磁刚度特性,并在平衡位置附近对磁刚度作了线性近似。通过分析所设计的低频隔振器与其相应线性隔振系统的位移传递率,比较了2种隔振器的隔振性能。研究结果表明：所提出的低频隔振系统能够有效地隔离低频微幅振动,降低系统的固有频率,进而拓宽了隔振频带;同时,进一步改善了隔振系统在共振区域附近的阻尼特性,有效地降低了共振峰值。     

桅杆式瞄准具对直升机聚焦式隔振系统动态特性的影响研究

对直升机加装桅杆式瞄准具后 ,聚焦式隔振系统的特性进行了分析与试验研究。考虑旋转翼轴、桅杆支撑结构的弹性影响 ,提出了一个新的 5个自由度的桅杆 /隔振系统 /机身耦合模型。为了验证该模型并有利于桅杆式瞄准技术的进一步研究 ,加工了一套瞄准具假件及其支撑结构 ,并在直 -×型机上进行了频率和传递函数测试 ,计算结果与试验结果吻合。研究表明 ,加装 80 kg的瞄准具 (被隔振重量的 1 2 % ) ,聚焦式隔振系统的一阶频率下降了 3 9% ;结构弹性对隔振系统隔振效率有很大影响 ,即使是原型机也达到了 40 3 %。     

某型无人直升机典型任务设备隔振设计

某型无人直升机典型任务设备中采用了大量玻璃晶状管等精密元器件,对振动环境要求较高。介绍了隔振设计思路,对初始隔振方案进行分析,提出了隔振优化方案并建立动力学有限元模型,对优化隔振系统的隔振效果及稳定性进行分析,并通过动特性试验及飞行试验验证了设计。试验验证结果表明,该优化设计方案取得了较好的隔振效果,解决了任务设备对振动环境要求高的难题,对设备隔振安装具有一定的指导意义。     

中继卫星系统动力学分析

应用单摆模型来等效液体晃动，并利用拉格朗日方程建立了中继卫星的动力学方程。在确定天线跟踪规律的基础上，从工程实际的角度分析了天线和星体之间的耦合作用。考虑天线不同的跟踪模式，将卫星的本体视为刚性体，在星体无控情况下进行系统的动力学响应分析。通过数值仿真确定天线在不同跟踪模式下对星体姿态的影响，并通过有无柔性振动和液体晃动结果的分析，得出天线运动特别是高速回扫、附件柔性振动都会对星体姿态产生比较大的影响，而液体晃动对星体姿态影响不大的结论。     

基于多边形膜片弹簧与压电致动器复合的一体化主被动Stewart减振系统

随着遥感卫星光学成像设备等精度的不断提升,其对振动环境的要求也在不断提高,简单的线性被动Stewart平台已经无法满足苛刻使用要求。提出了一种新型基于多边形膜片弹簧与压电致动器复合的一体化主被动Stewart减振平台,其单自由度元件主要由多边形膜片弹簧、压电致动器、力传感器以及柔性铰链组成。相较于传统线性隔振器存在的高静刚度和低动刚度之间的固有结构矛盾,所提出的多边形膜片弹簧作为隔振器的关键原件,兼具高静-低动（HSLD）特性,能够使隔振系统同时具备较高的静态刚度进行静态承载以及较低的动刚度进行动态减振。为了降低被动隔振系统中存在的共振峰幅值,本文在被动膜片弹簧元件的基础上串联一个压电致动器与力传感器组成的主动控制元件进行主动振动控制。仿真结果表明,采用比例积分力（PIF）反馈控制算法的主动控制系统,在频域上不仅可以通过积分力环节搭建出天棚阻尼的效果来降低共振峰峰值（11.19 dB）,而且其比例-力环节可等效为增大了质量矩阵项,能够有效降低减振系统的固有频率（20.9 Hz）,拓宽其减振带宽,并同时能维持高频段的高衰减性,在时域上也能够将系统的加速度振动幅值从±0.6g降低至±0.07g,振动衰减达88%。     

多维磁悬浮隔振系统动力学模型与控制策略

磁悬浮隔振系统具有非线性、强耦合、高响应、宽频带等特点，系统的隔振控制目标与其定子和浮子之间的位置约束相互制约，这对系统的精密控制提出了较大的挑战。为解决该问题，建立了面向控制的六自由度磁悬浮隔振系统非线性动力学模型，并提出了双闭环控制策略，使系统在低频到中高频带内实现隔振控制，在极低频带内实现跟踪控制。采用PD定点控制算法，在MATLAB/Simulink环境中开发了控制系统仿真程序，通过分析不同扰动频率下浮子的绝对运动响应以及定子与浮子之间的相对运动响应，获得了系统的隔振控制与跟踪控制仿真结果。搭建了磁悬浮隔振平台样机测试系统，验证了动力学模型的正确性和控制策略的有效性。     

Singularity problem of control moment gyro cluster with vibration isolators

As powerful torque amplification actuators, control moment gyros (CMGs) are often used in the attitude control of many state-of-the-art high resolution satellites. However, the distur-bance generated by the CMGs can not only reduce the attitude stability of a satellite but also dete-riorate the performance of optic payloads. Currently, CMG vibration isolators are widely used to target this problem. The isolators can affect the singularity of the CMG system as they are placed between the CMGs and the satellite bus and provide additional freedoms to the CMG system due to their flexibility. The formulation of the output torque of a CMG is studied first considering the dynamic imbalance of its spin rotor and then the deformation angle as a result of the isolator’s flex-ibility is calculated. With the additional freedoms, the influence of isolator on the singularity problem is studied and a new steering logic to escape from the singular states is proposed.     

整星隔振技术的研究现状和发展

为了减小卫星发射时所承受的环境载荷,降低卫星及其设备的质量控制成本,提高卫星发射的可靠性,所以整星隔振技术得以研究和应用。整星隔振是在不改变卫星原结构前提下,重新设计具有隔振效能的适配器,或者在运载火箭和卫星之间引入隔振装置,隔离从星箭界面传递给卫星的轴向或侧向振动。详细介绍了近十年国外整星隔振技术的研究现状,并展望其今后的发展方向。     

面内轨道转移过程中的绳系系统摆振特性研究

轨道转移过程中的绳系系统处于非开普勒轨道,导致系统呈现复杂的动力学行为并影响着星体的飞行安全,因此研究系统摆振特性具有重要的理论和实际意义。针对复杂的非线性和强耦合问题,利用动量矩定理建立绳系系统姿态动力学方程,以切向常值加速度轨道转移为任务背景,给出了系统质心运动轨迹;通过分析面内摆角的静态分岔现象,推导了面内、面外摆角的一阶摆动解析解;引入经典的珠点模型,研究系绳纵向和横向的振动特性,并分析了系绳摆动与系绳振动之间的耦合关系。仿真结果表明:面内轨道转移过程中,面内、面外摆角以固定的频率绕平衡位置做往返摆动,摆动频率大小以及平衡位置的变化均与系绳长度、推力加速度和所处轨道密切相关,面内摆角摆动频率接近轨道角频率时会引起共振现象,系绳在轨道转移过程中会出现大幅度横向振动等现象。     

Analysis of dynamics of a passive line-of-sight stabilization system with four-axis gimbal suspension

A mechanical model of the line-of-sight stabilization system for the optical device mounted on a movable carrier vehicle is considered. The nonlinear Lagrange equations of motion for a four-axis gimbal suspension are derived. Requirements on design and parameters for the passive line-of-sight shock absorption system of the optoelectronic payload are worked out.     

轨道运动对高轨卫星成像的影响及补偿

针对三轴稳定静止轨道气象卫星图像运动补偿技术,分析了轨道运动误差源对有效载荷成像仪成像光轴的影响.基于轨道确定数据,采用空间成像矢量修正方法,对轨道运动引起的光轴偏离进行补偿.根据高分辨率成像对光轴高指向精度的指标要求,研究了轨道确定误差和有效载荷伺服控制系统误差对图像配准精度的影响关系,并指出了进一步提高图像配准精度的措施.仿真结果表明了补偿方法的可行性.     

Rotational maneuver of nonlinear uncertain elastic spacecraft

The question of attitude control and elastic mode stabilization of a spacecraft (orbiter) with beam-tip-mass-type payloads is considered. A three-axis moment control law is derived to control the attitude of the spacecraft. The derivation of the control moments acting on the spacecraft does not require any information on the system dynamics. The control law includes a reference model and a dynamic compensator in the feedback path. For damping out the elastic motion excited by the slewing maneuver, an elastic mode stabilizer is designed. The stabilization is achieved by modal velocity feedback using force and torque actuators located at the payload end of the elastic beam. Collocated actuators and sensors provide robust stabilization. Simulation results are presented to show that rotational maneuvers and vibration stabilization can be accomplished in the closed-loop systems despite the presence of model uncertainty and disturbance torque in the system     

Parameter analysis of PAF for whole-spacecraft vibration isolation

Whole-spacecraft vibration isolation, which is implemented by modification of the existing PAF (payload attach fitting), is a direct and effective approach toward improving the dynamic environment that a spacecraft experiences during its journey to the orbit. In this paper, based on Craig–Bampton component modal synthesis and theory about modal effective mass, both the condensed model and the simplified model of the whole-spacecraft vibration isolation system are obtained. By these models, effects of the PAF's parameters, i.e. stiffness and damping, on the transmissibility from the bottom of the PAF to the bottom of the spacecraft and acceleration response of the bottom of the spacecraft are analyzed. Results show that merely increasing the damping of the PAF can effectively attenuate the peak transmissibility, decreasing the stiffness of the PAF can further improve the vibration isolation performance, and can avoid resonance with the launch vehicle by adding enough damping in the PAF. Furthermore, the natural frequency of first lateral or longitudinal mode and their peak transmissibility of the spacecraft-PAF structure can only be estimated by the modal effective mass and the residual mass rather than the rigid body mass of the spacecraft.