空间机械臂运动控制的地面仿真验证技术

空间机械臂是在轨进行舱外巡检、航天员辅助出舱的关键活动机构,其在轨操作的运动过程需要在地面进行预先规划生成运动控制指令,再通过数字仿真与推演对运动控制指令进行验证,以确保机械臂操作全程的安全性和高效性.针对上述问题,本文主要从运动空间限制、运动速度限制和关节力矩限制等方面设计了地面仿真验证框架,提出了基于运动学与动力学...     

无筒空射运载火箭重力出舱机箭耦合动力学

研究了以运输机为平台的内装式空射运载火箭重力出舱载机-火箭两体动力学。根据火箭受力条件和相对运动自由度,将其出舱运动顺次分为5个阶段。给出了各阶段过渡的力学条件,基于牛顿-欧拉法分别建立了前4个阶段的机-箭两体动力学模型。定义了火箭出舱过程可能发生危险的多种异常情况,给出了发生异常的力学或几何条件。然后对火箭出舱全程作了数值仿真。若发射初始条件合理,仿真将顺次经历前4个或3个正常阶段,直至火箭离舱。如果异常情况的条件满足,火箭出舱将发生危险,仿真失去意义,故中止,需要调整发射初始条件后进一步仿真验证。本文给出的系统动力学模型和仿真数据可为工程部门设计空射型火箭的本体参数,以及设置空射初始条件提供参考。     

基于虚拟仿真的民机驾驶舱人机工效评价技术研究

对民机驾驶舱人机工效进行分析、评价并加以优化,可以使机组人员更加安全、舒适、高效地完成飞行任务。本文利用驾驶舱三维数字模型,研究了基于虚拟仿真的驾驶舱人机工效评价技术。首先,建立了参数化的飞行员人体模型,构建了人体姿态库;其次,将其集成到DELMIA软件虚拟环境中,开发了驾驶舱人机工效虚拟评价原型试验系统;最后结合实例证明了该系统的有效性。     

一种自锁阀在振动与冲击环境下的特性研究

通过建立数学模型和数值仿真,研究了一种航天器用气体自锁阀在飞行过程中的振动和冲击力学环境下的工作特性,讨论了不同力学条件对自锁阀工作过程的影响,并进行了试验验证。研究表明:自锁阀受导阀控制气压力、随机振动量级和冲击方向的影响较大。采取增大导阀复位弹簧力、降低导阀排气通道流阻等措施有利于提高自锁阀在随机振动和冲击力学环境下的工作可靠性。试验结果证明了该研究方法的有效性。     

盘绕式伸展机构非线性屈曲模式的试验研究与数值仿真

针对盘绕式伸展机构在轨工作的特点,对其在不同钢丝绳预紧力和机构高度下的非线性屈曲模式和屈曲载荷开展了相关的试验研究。根据其几何非线性特点,采用弧长法对试验状态下结构的非线性屈曲模式进行了仿真分析。研究结果表明：(1)数值仿真计算得到的屈曲模式和屈曲载荷与试验结果一致;(2)伸展机构的屈曲模式与钢丝绳预紧力和机构高度密切相关,处于张紧状态的钢丝绳可显著提高伸展机构的轴压、弯曲承载能力。分析结果也为其他同类机构的设计和试验提供了参考依据。     

基于着色Petri网的维修作业建模与人机工效分析

基于着色Petri网和CPN Tools平台,研究了维修作业过程的建模方法,提出了维修作业过程建模方法与步骤,采用模特法计算每一步操作所需时间值,采用人体动作代谢能耗预测模型计算每个操作的能耗值,实现了维修作业建模与仿真、作业序列的控制以及维修人员工作负荷和工作时间的定量计算。以A320飞机前起落架轮胎拆卸作业为例,采用CPN Tools软件进行了维修作业建模和仿真模拟,验证了模型和方法的可行性与有效性。该方法引入了传统维修作业模型中没有涉及的人机工效因素,能够有效评价维修人员的作业舒适性。     

基于网络的无人机实时仿真系统软件

提出一种基于C/S结构的UDP网络便携式无人机半实物实时仿真系统,设计了嵌入式实时仿真软件、仿真控制与显示软件、网络通信软件.在由飞行控制计算机实物、电动舵回路实物和实时仿真设备组成的无人机半实物实时仿真试验环境下,对所设计的仿真系统软件进行全过程实时飞行仿真试验验证.验证结果表明,所设计软件功能正确,性能满足设计指标.     

航天器着陆缓冲机构技术研究进展

航天器着陆缓冲机构是开展地外天体着陆探测的核心装置,其着陆性能直接关系到整个探测任务的成败。本文梳理并总结了现有航天器着陆缓冲机构的相关设计技术,重点介绍了航天器着陆缓冲方法、机构构型和地外小天体着陆/锚定机构,并对其优缺点和适用情况进行了总结分析。其次,针对各类着陆缓冲机构总结了动力学分析技术现状,对比了理论解析模型法、全机刚体仿真分析法、刚柔耦合仿真分析法、全机柔性仿真分析法和半主动控制仿真法等动力学分析方法的优劣。再次,论述了地面等效试验技术的研究进展,阐述了滑轮平衡法、斜坡模拟法和全机1/6尺寸模型法3种地面等效试验方法的主要特点。最后,结合未来深空探测需求,对航天器着陆技术存在的问题、及发展趋势进行了总结与展望。     

多面体网型空间抓捕机构的设计与分析

提出一种面向空间服务需求的新型多面体网型空间抓捕机构,以3-RRS并联机构为本体,将其动平台用空间单闭环六杆机构Bricard机构替代,通过Bricard网口的缩放运动和本体的包拢变形对空间目标进行抓捕以及位置和姿态的调整。通过在ADAMS软件中进行仿真来验证其抓捕过程,并以仿真所得关节受力情况为基础,在ANSYS软件和I-DEAS软件中进行仿真分析,对所提出的多面体网型空间抓捕机构进行强度分析与热平衡分析的工作,确保其机械结构强度和对热环境的适应性能够满足实际使用的需求。理论分析和仿真试验结果表明:该机构可满足空间目标抓捕任务的需求。     

内埋武器舱舱门开闭动态模拟试验技术研究

在高速风洞中对内埋武器舱舱门开闭动态模拟试验技术进行了研究,弹舱长深比(L/D )为6.5。分析了舱门开闭动态试验风洞模拟准则,研制了气缸驱动和电机驱动两种舱门开闭运动机构,发展了舱门开闭动态试验测试技术与数据处理方法,获得了舱门运动特性及武器舱系统动态载荷特性。本文给出了 Ma =0.6,Re =1.28×107/m 的试验结果。研究结果表明:运动机构设计合理,气缸驱动与电机驱动两种方式均可实现舱门的快速开闭运动,采用电机驱动时,舱门运动速度可在较宽范围内调节;测试系统可靠,可准确获得高速气流条件下舱门开闭过程中的动态载荷及舱门运动规律;数据处理方法可行,获得了测点的能量分布特性及频谱特性,并对弹舱流场及舱门动态载荷特性进行了研究。     

复合材料薄壁机匣热内压试验技术

针对航空发动机复合材料薄壁机匣的热气流压力载荷试验问题，研制了一种可满足370℃，1.34MPa的机匣热内压试验技术，并通过试验验证了技术的有效性。受试腔体由机匣试验件和所设计的试验装置合围成一套可以施加温度和压力载荷的被试腔体结构，能够有效解耦腔内压力对装置产生的轴向力，避免轴向力传递至机匣试验件。试验装置中的关键密封结构承载活塞密封采用FFKM全氟醚O型密封圈，可耐高温330℃。对承载活塞盘进行了一维简化热传导解析分析和三维热传导仿真分析，三维仿真结果相比一维简化解析解能够更准确的反应承载活塞盘的内部温度场。经试验验证，所研制的试验装置有效利用了结构传热的梯度降温性能和与环境的对流散热作用，突破了密封材料的适用温度局限，可以满足机匣件热内压试验密封要求。     

面向空间引力波探测的非接触式卫星平台无拖曳控制技术

空间引力波探测任务中,为保证作为惯性基准的检验质量不受扰动,航天器需采用高精度无拖曳控制技术,让卫星平台实时跟踪检验质量块。同时星间激光测距对航天器的指向也提出了较高要求。为满足空间引力波探测的需求,本文提出了一种基于非接触式卫星平台的无拖曳控制方法。该方法基于分舱式卫星平台设计,利用载荷舱与平台舱之间的磁浮机构替代传统无拖曳卫星中的微推进器来控制载荷舱,让载荷舱跟踪检验质量块,同时平台舱跟踪载荷舱,实现高精度的拖曳补偿和平台指向。仿真结果表明,非接触式卫星平台姿态指向精度为6×10^{-4 o},姿态指向稳定度为2×10^-4(°)/s,无拖曳补偿后检验质量上的残余扰动加速度水平约为10^-15m/(s²·Hz^1/2)。     

空间载荷机柜热控设计的仿真研究

空间站主动热控系统的作用是提供和保持航天员、仪器设备和结构部件所要求的温度、湿度和风速等热环境。本文以空间载荷机柜为热控系统的基本单元,建立了以单相流体循环回路为基础、采用液冷结合风冷的冷却方式的载荷机柜数学模型;介绍了模糊增量控制算法的工作原理;提出了采用模糊增量控制算法,以液冷支路进出口温差和风冷支路冷却量占总冷却量的比值为控制目标的反馈控制策略。同时文章采用数值模拟方法研究了控制系统的动态响应效果。仿真结果显示,模糊增量控制算法具有响应迅速、超调量小、无静态误差的特点,控制策略满足有效性、稳定性和高精确度的要求。     

一种基于波形弹簧的空间驱动机构轴承预紧力研究

基于波形弹簧提出了一种针对空间驱动机构角接触轴承的预紧力方法;文中对波形弹簧进行了设计,对波形弹簧进行了常温、耐压后、高低温刚度试验,验证了波形弹簧刚度的稳定性;然后将波形弹簧安装在驱动机构中,使用压力传感器监测波形弹簧施加在轴承上的预紧力;最后将驱动机构连同波形弹簧、压力传感器进行了高低温试验。试验表明,该种方式对轴承施加的预紧力,在高低温条件下性能稳定,具备一定的工程可行性。     

星箭力限试验条件设计研究

阐述了星箭振动试验过程中的过试验现象及其机理,分析了几种常用的力限试验条件设计方法。通过建立星箭分析模型,利用三种分析方法进行了星箭力限试验条件的计算,并与星箭耦合分析、振动台仿真分析结果进行了对比。表明如果两个子系统的有限元分析模型和外载荷在分析频段均可靠,直接通过有限元软件获得界面力和界面加速度,并进一步得出二者的转换关系,应更有应用价值。在有限元模型不可靠或星箭结构方案设计阶段,基于复杂二自由度模型的简化分析方法,可以较好地得到力限试验条件。     

火箭复合材料结构的噪声振动环境复现与特性研究

噪声环境是火箭飞行过程中的主要激励源之一,会引起结构的强烈振动,并对安装的仪器设备的正常工作带来影响。目前火箭结构大量采用复合材料,其厚度薄、重量轻,在噪声环境激励下,不同位置处的随机振动存在很大差别,这给环境条件制定和试验考核带来了困难。根据飞行实测的局部位置随机振动结果,通过调整噪声外激励,预示了在实际飞行过程中复合材料舱段的振动环境,同时对噪声环境激励下不同位置处的随机振动特性开展了研究,为进行力学环境的精细化设计和仪器考核试验的真实模拟提供了参考。     

全尺寸内埋武器舱舱门铰链力矩测量方法

全尺寸内埋武器舱舱门铰链力矩测力试验使用真实弹舱模型,为了不破坏武器弹舱的完整性,它既不允许在模型上安装铰链力矩天平来完成铰链力矩的测量,也不允许在舱门表面加工测压孔,通过测压试验的方法进行铰链力矩的测量。根据对全尺寸内埋武器舱舱门的结构特点及受载情况进行分析,提出了全尺寸内埋武器弹舱舱门铰链力矩的测量方法:专门设计的模拟短梁及加载装置,既可以实现单点加载也可以多点同时加载;在旋转作动器的耳片上粘贴 A、B 2组应变计,分别组成半桥工作模式;舱门安装前,使用模拟短梁及加载装置,对各个耳片单独施加力和力矩载荷,通过叠加法、均值法求取铰链力矩公式;舱门安装后,利用大小舱门间的转轴及加载装置,对舱门实施单点加载或多点同时施加不同载荷,通过迭代法验证铰链力矩公式的可靠性,较好地实现了真实弹舱舱门铰链力矩的测量。     

某型机供气分配系统故障分析与设计改进

本文对某型机空调供气分配系统出现的问题进行了研究,通过运用流体仿真手段对供气分配系统的压力损失、温度、流量和流速进行计算分析,并与空调系统性能试验结果进行对比分析,选择合理的驾驶舱和客舱分配比例,最终确定了空气分配系统的改进方案,改进后的供气分配系统操作简单,维护方便,经试验测试性能满足空调系统设计要求。     

热发射过程中发射箱蒙皮力学性能损伤与试验研究

文中选择大、中、小3种典型结构尺寸的发射箱,利用计算流体动力学（Computational fluid dynamics,CFD）仿真软件Fluent对发射箱蒙皮表面在导弹发射过程中的力、热环境进行了仿真分析。以铝合金材料为例,对发射箱蒙皮材料在燃气流环境中力学性能损伤情况进行了烧蚀试验研究。研究结果表明,随着烧蚀时间延长,铝合金材料力学性能损伤存在一个突变点,在1.5 s内下降不明显,但是当烧蚀时间延长至2.0 s时,力学性能急剧下降至0。该研究结果为铝合金发射箱轻量化设计、热防护设计和使用次数设计等提供了数据支撑。     

球锥形罩体热力耦合试验方法研究

本试验方法是在燃气流试验设备产生的高温超声速自由射流流场热环境中,针对燃气流施加的力载荷模拟量不足的情况,设计了一套外力加载装置模拟大攻角变轨机动飞行时所承受的横向气动力,解决了本试验装置在高温环境下的力载荷模拟问题,并成功进行了球锥形罩体的热力耦合试验,本文内容对于类似的高温热力耦合试验具有重要的参考价值。