一种气动式冲击响应谱试验系统的设计与分析

大多数航天器单机产品都要求进行冲击响应谱试验,试验量级普遍为1000g~2000g,甚至超过3000g。对于较大质量(如50 kg以上)产品高量级的冲击试验,振动台、传统的摆锤式或跌落式冲击试验台均很难满足相关要求。文章研究并设计了一套能够进行大质量受试产品高量级冲击响应谱试验的气动冲击试验系统。该系统利用压缩空气瞬间释放膨胀推动质量块加速撞击具有多阶固有频率的谐振板,通过谐振板被激起的响应模拟复杂的衰减正弦波。测试结果表明,系统空载时冲击谱量级达8000g,负载200 kg时可达5000g,时域曲线为振荡衰减波,持续时间小于10 ms。文章提出的气动式冲击响应谱试验系统设计方法可为此类冲击试验系统的设计提供参考和理论依据。     

JAXA航天器试验标准基线和量级研究

航天器在发射前需要在地面进行以力、热试验为代表的多项大型试验,以达到模型修正、性能验证、早期故障筛除等目的。各个宇航机构均根据自身航天器验证需求和实际设备能力,编制了诸多航天器试验、验证标准。日本航天器试验标准由NASDA在1979年参照MILSTD-1540系列标准制定,在NASDA改组后,由JAXA负责标准的修订,现行版本为修订于2017年的JERG-2-130A。本文对日本航天器试验标准的发展进行系统的调研,开展与美国、欧洲航天器试验标准的对标研究,以热试验为对象,对比试验基线、试验量级、试验方法上的异同。对标表明:JAXA试验标准更侧重于系统级试验,而在组件级试验上,则对试验基线、试验量级做出了较多裁剪,提供了更强的可选择性。     

航天器开关类机构可靠性验证试验方法

航天器开关类机构的主要作用就是把机械运动行程转换为电信号,从而为航天员或地面飞行控制指挥中心提供航天器的部分状态信息。文章论述了航天器开关类机构＂多次动作进行通断状态转换＂的产品特征,确定了以开关类机构的寿命作为可靠性特征量,提出了开关类机构的可靠性验证试验方法,包括试验方法选择、试验件状态及试验条件的确定、试验程序、...     

航天器组件高量级冲击环境的一种评估方法

针对不同冲击响应谱下航天器组件的加速度和应变进行了测量和研究,分析了冲击响应谱频率对冲击力传递的影响,以及组件本身结构频率与冲击力传递的关系,按应变等效准则,提出了一个把组件冲击响应谱转化为冲击试验规范谱的方法。不同冲击响应谱的应变数据验证表明,该方法可以有效地把组件高量级的冲击响应谱转化为低量级的冲击试验规范条件,为航天器组件在高量级冲击下的影响评估和验证提供一条途径。     

一种航天器热平衡试验温度稳定判据确定方法

针对典型航天器热控设计与传热过程特点,建立了设备与舱体动态耦合换热集总参数模型。提出了一种基于热时间常数的航天器热平衡试验温度稳定判据确定方法,给出了双节点耦合换热型航天器系统的热时间常数定义,建立了热平衡温差与温度变化率的对应关系。提出了基于Levenberg-Marquardt最小二乘法温度曲线拟合的热时间常数实时修正方法,该实时修正方法可用于多节点耦合换热航天器热平衡温度稳定判据确定。讨论了目前广泛采用的航天器热平衡试验温度稳定判据的适用性,研究结果可用于指导航天器热平衡试验中温度稳定判据确定。     

航天器机构固体润滑球轴承的加速寿命试验方法

给出了加速寿命试验的一般流程,论述了长寿命航天器机构固体润滑球轴承的恒定应力加速寿命试验方法,包括加速应力类型、加速模型、应力水平、试验环境、试验件数量、试验测试参数、失效判据、试验终止条件、数据处理等要素的确定原则和方法。针对某航天器天线指向机构固体润滑球轴承,给出了具体的加速寿命试验方案示例。     

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。     

航天器用固态功率放大器加速寿命试验方法研究

针对航天器电子产品的寿命预示问题,文章指出对航天器电子产品开展加速寿命试验(ALT)研究,首先要利用故障模式、机理及影响分析(FMMEA),确定产品的主要失效机理和敏感应力;然后利用理论分析或可靠性强化试验确定产品的工作极限;最后设计出完整的试验方案。针对航天器固态功率放大器进行试验,验证了加速寿命试验在航天器电子产品中的适用性。     

航天器的表面带电及其防带电设计

本文概要叙述了航天器表面带电对航天器系统的危害并提出在航天器设计和制造期间所必须考虑的相关问题。随后介绍了国外有关航天器表面带电问题的技术文档,其中包括用于评价和控制航天器带电影响的设计指南、航天器带电试验技术标准及航天器带电手册。最后简要介绍了这些技术文档在减少航天器带电危害中的作用及使用方法。     

真空热试验中冷能利用的思考

在大型航天器的真空热试验中,仅从过冷器排除的液氮和低温气氮的混合物就达约5×104 kg,其中蕴涵了108 kJ量级的冷能。文章首先介绍了自然冷能和LNG冷能利用的研究现状,并结合航天器真空热试验的实际情况,研究了试验过程中排气造成的冷能损失,对它的再利用可行性进行了讨论,提出可以采用联合法冷能回收流程,并提出了冷能利用中的几个关键问题。认为:需要解决液氮和低温气氮供应的连续性及找到恰当的二次冷媒,是真空热试验中冷能利用的关键。     

无味卡尔曼滤波在热平衡试验中的应用研究

在航天器热平衡试验中应用温度外推预报技术可以快速准确的给出航天器的极限热平衡温度，缩短热平衡试验时间，降低航天器的研制成本。介绍了一种新颖的热平衡试验数据外推方法——无味卡尔曼滤波(UKF)，分析了UKF的应用效果，结果表明应用UKF外推能够在较短的时间内更准确的获得航天器的极限热平衡温度。     

性能参数型航天器机构的可靠性试验评定方法

针对性能参数型航天器机构的工作特点以及试验测试手段的可行性,提出一种适用其可靠性评定的工程化方法。该方法对确定产品可靠性特征量的关键参数进行测量,并根据对产品工作情况的分析,确定与产品无故障工作情况相应的容许值范围。通过样本观测值利用数理统计方法计算产品的可靠性置信下限。算例表明,在精度满足工程计算要求的情况下,本方法可以相当简单地评定出产品的可靠性置信下限,满足航空航天类产品可靠性评定的工程需要     

航天器单层板结构弹道极限的支持向量机预测模型

提出了一种基于非线性不可分支持向量机（SVM）方法的航天器单层板结构弹道极限预测模型。利用实验数据对SVM进行训练,建立穿透点和未穿透点的分隔面,进而预测新结构弹道极限特性。SVM的训练问题是以实验点分类正确性为约束,预测置信度最大化为目标的二次规划问题,用Lagrange对偶方法有效求解了该训练问题,并通过附加Lagrange乘子的上限约束处理不可分数据集。引入二次核函数将线性SVM推广到非线性,有效实现了实验点的分类。利用超高速碰撞实验数据对SVM弹道极限预测模型进行了验证,计算对比表明SVM方法有效预测了弹道极限,并且精度高于NASA JSC单层板弹道极限方程。对分离面方程分离变量,建立了基于SVM的弹道极限方程显式表达式。     

热真空试验中的热控方法

文章给出控制热真空试验变温速率和高低温限的方法,它可以保证受试产品(组件、有效载荷以及航天器系统级)满足试验要求,不会因试验过程中产生的过高变温速率和超出高低温限而受到损坏,也不会由于过低的变温速率而延长热真空试验时间.     

力限技术的发展和应用前景

在航天器振动试验中引起过试验的主要原因是试验件安装结构和振动台的阻抗不同及制订加速度输入谱时采用包络法.解决此问题的一种思路是在振动中限制试验件安装界面的力,即力限技术,它包括力谱制订、力的测量方法、夹具设计和振动控制策略等关键技术.文章回顾了国外力限技术的发展,介绍了力限技术应用的关键技术问题,并对在我国航天器振动试验中力限技术的应用前景进行了展望.     

试论航天器环境可靠性试验

文章从航天器特点、航天器试验的目的和重要性、一般武器装备的可靠性试验状况以及可靠性试验的发展史出发进行分析,从而得出了可靠性是航天器试验的目的、环境是航天器试验的手段的结论.从这个意义上讲,称航天器的研制试验、鉴定试验、验收试验、发射前的合格认证和运行试验的试验项目和要求与各类组件级设备、各分系统、系统级组成的试验矩阵为航天器环境可靠性试验矩阵.每一项试验都是航天器环境可靠性试验的不可或缺的组成部分;减少试验类别或项目、或降低要求,虽然可以得到减少经费、缩短研制周期的好处,但势必要冒失效或性能降低的风险而付出应有的代价.     

屏蔽度仿真在航天器电磁兼容性分析中的应用

提出了一种采用s参数法结合CST-MS软件进行航天器屏蔽度仿真分析和预测的方法。在航天器舱体结构内的发射天线和舱体结构外的接收天线处分别设置端口,通过计算端口间的s参数来分析计算舱体结构的屏蔽度,并将仿真分析结果与实测结果进行对比。对比结果表明,仿真计算结果与实测验证结果基本上是一致的,充分验证了采用s参数法结合CST-MS软件对屏蔽度仿真分析,具有很好的实用性和计算精度。这种方法应用于航天器设备级和系统级,能够显著降低航天器电磁兼容性(EMC)分析的难度,并能在一定程度上简化航天器前期设计中EMC试验验证的需求。     

力限技术在航天器振动试验中的应用

为了在正弦振动试验中模拟真实的飞行环境,防止因“过试验”而导致航天器结构发生不必要的破坏,需要对试验条件进行下凹控制。在以往的加速度下凹控制方法的基础上,引入力限控制方法可以提高航天器主频处下凹控制的精度和有效性。文章分析了传统加速度下凹控制方法的局限性,并以某结构星力限控制试验为基础,阐述了结构星力限试验条件的制定方法,介绍了力限双控试验平台设计,并分析了试验结果。经分析表明,力限控制具有较高的控制精度,在加速度控制的基础上引入力限控制的“双控”试验方法,能够有效解决航天器振动试验中的“过试验”和“欠试验”问题。     

航天器空间碎片超高速撞击防护的若干问题

空间碎片对航天器的超高速撞击损伤已受到国内外的普遍重视,如何使在轨航天器对空间碎片进行有效防护是航天器长寿命、高可靠安全运行的重要保障。文章概述了空间碎片环境现状、空间碎片超高速撞击危害以及国内外空间碎片防护的研究现状和趋势。重点介绍了航天器常用的Whipple防护结构及其各种衍生结构的防护性能和弹道极限方程（BLE）,评述了这些防护结构防护性能的优缺点。     

CAST空间碎片超高速撞击试验研究进展

超高速撞击试验是开展载人航天器及大型应用卫星空间碎片超高速撞击风险评估和防护设计的基础,作为我国航天器环境效应和可靠性工程验证部门的北京卫星环境工程研究所在这个领域做了大量的工作。文章介绍了二级轻气炮超高速撞击地面模拟试验技术、典型防护结构防护性能的超高速撞击试验验证、载人航天器外露材料超高速撞击特性、毫米级弹丸7 km/s以上超高速稳定发射技术探索、高性能防护结构研究等方面的若干近期进展。展望了我国空间碎片防护需求和地面超高速撞击试验研究的发展方向。