人工神经网络技术在舱外航天服自动温控系统中的应用

介绍了舱外航天服手动温度控制存在的问题,分析了已有的航天服自动温控方案。采用人工神经网络的反向传播算法,以氧气的消耗量、全身出汗量、心率、液冷服的出口水温及出入口的水温差等５个参数作为输入,以液冷服冷却水的入口温度为输出,建立了舱外航天服的自动温控系统的人工神经网络模型。并讨论了反向传播算法及网络构造。结果表明,人工神经网络技术为解决舱外航天服自动温度控制提供了一条新途径。     

面向出舱活动的典型功能操作肌肉激活预测

面向出舱活动中航天员肌肉状态和体力负荷的风险评估,为了实现航天员肌肉激活的预测,开展了着常服和舱外服两种工况下不同操作位置的推、拉、提、压共8组典型功能操作实验,测试航天员最大施力能力的同时采集了肱二头肌长头、肱三头肌外侧头和三角肌前束的肌电信号。提出基于人-舱外服耦合运动生物力学模型预测着舱外服人体的肌肉激活,并预测了两种工况下8组典型功能操作的肌肉激活。通过预测结果和积分肌电值的相关性分析,验证了模型预测的有效性,为研究人-舱外服真实交互方式提供了新的方法学思路,对肌肉激活的预测为出舱活动任务规划提供了生理学依据。     

舱外航天服被动热防护技术

舱外航天服的被动热防护是系统面对空间环境屏蔽防护的关键功能之一。在介绍航天服被动热防护功能需求、主要技术要求、材料特性及其选择和热防护结构实现的基础上,阐述飞天舱外服的热防护性能验证情况和对未来登月和火星服热防护的技术需求。     

中性浮力和失重环境人体运动仿真比较研究

为了模拟失重状态,航天技术发达的国家都建立了用于航天员出舱活动训练的中性浮力水槽。但与太空失重环境相比,水中存在的水动阻力会导致两种环境下人体运动反馈的差异性。基于ADAMS多体动力学仿真软件,按照“飞天”舱外航天服的质量分布,建立了着舱外服人体动力学模型。利用此模型仿真比较了水下和失重环境中肘关节屈伸、肩内收外展、肩矢状面内运动时人体躯干的动力学反馈,发现水下环境中模型躯干的转动速度峰值和平均值均较大。研究结果已应用于神舟七号载人飞行任务出舱活动航天员训练,建立的航天员人体动力学模型可应用于我国未来空间站任务出舱活动仿真分析。     

舱外服活门组件密封粘接研究

针对舱外服活门组件的密封粘接及工作环境要求，对HXJ-14、HYJ-51和FHJ-75三种增韧改性环氧胶黏剂开展了特种胶黏剂选型及典型环境性能研究、典型粘接样件粘接面结构设计和粘接工艺优化研究。结果表明：优选出的HYJ-51胶黏剂具有良好的粘接性能、耐交变温度循环性能、耐湿热环境性能、耐介质浸泡性能，满足舱外服活门组件密封粘接要求。在典型活门粘接组件中，控制聚四氟乙烯滑套和不锈钢阀体的配合间隙为0.1~0.15 mm，并且在不锈钢阀体粘接面上增加环形槽结构，可以有效减少粘接面的缺胶面积，避免形成贯穿性通道，提高活门组件粘接的密封可靠性。经过产品生产验证，实现了活门组件的可靠密封粘接，成功用于航天员舱外服生命保障系统。     

舱外航天服手套加热方案探讨

 针对舱外作业中航天员常常因手冷而不得不提前回舱的情况,提出了主动加热的方法。利用边界元法以边界点上未知函数满足积分方程为基础进行近似计算的特点,建立了手部和舱外航天服手套温度场三维计算模型,通过模拟试验件验证了模型。模型针对航天员处于太阳和地球辐射阴面时提出了舱外航天服手套主动加热的优化方案,并通过模拟试验件验证加热方法合理。     

舱外航天通风系统传热分析

简单介绍了舱外航天通风系统的结构、功能,分析了通风气体、液冷通风系统及环境间的换热过程,给出了通风系统传热数学模型。通过舱外航天液冷通风系统与人体的联合热生理实验对该模型进行了验证。为舱外航天服通风系统的设计提供了依据。     

舱外航天服天线设计及仿真验证

为提高未来新型舱外航天服天线的性能,解决将天线层与服装热防护层共形和使馈电网络适应舱外环境温度的问题,提出采用织物振子天线形式作为舱外航天服天线整体方案,从天线层结构和馈电网络两方面对舱外航天服天线进行结构设计。根据舱外航天服天线安装位置,建立了相应的仿真模型,采用天线辐射体、热防护层及服装整体一体化电磁仿真技术,对其增益覆盖性进行分析。仿真结果表明:背包方案的舱外航天服天线全向性和增益覆盖性性能较好,增益在-12dBi时收发天线的覆盖性可以达到90%以上。     

模型操纵面自动控制系统设计

本文介绍了操纵面偏转角度自动控制系统的组成及工作原理。模型操纵面自动控制系统机构以微型直流伺服电机作为驱动源进行自动变角控制，成功开发了操纵面舵偏角自动校准系统，并且首次将倾角传感器应用于系统中测量操纵面的偏转角。操纵面自动控制和校准系统的成功研制为模型操纵面偏转角精确自动调节提供了技术保障。     

美轮美奂“飞天”衣

在神舟七号执行中国航天员首次太空行走任务过程中,最大的亮点之一就是翟志刚穿的我国自己研制的飞天舱外航天服。其质量为120千克,单套价值高达3000万元人民币,可靠系数为0.997,可支持至少4小时的舱外活动,能重复使用5次以上,服装气体泄漏率不大于2升/分钟;应急供氧时间不小于30分钟;平均散热量为300瓦。为满足航天员在太空活动的需要,飞天和美俄舱外航天服一样,具有供氧、温控、二氧化碳吸收等环境控制、生命保障与安全防护功能,具备信息采集传输、通信能力,同时能满足人机工效要求。该     

面向补给任务的空间站共轨飞行器部署研究

以降低空间站为共轨飞行器补给燃料时补给机动的轨道面外冲量为目标,提出共轨飞行器位置部署分析方法。以光学舱作为共轨飞行器实例进行研究,在分析光学舱补给任务基础上,设计了补给变轨方案。基于虚拟平面思想提出了光学舱共轨部署的拟共轨轨道概念,推导了零面外机动条件下光学舱相对空间站升交点部署位置的一般解析计算模型,并在圆轨道假设条件下得到了简化解析计算模型,最终得到光学舱相对空间站的相位与升交点赤经部署模型。仿真结果表明,光学舱部署位置解析计算模型可以满足工程需求,不同相位条件下升交点赤经部署结果与数值解的相对误差小于3%,采用该解析方法进行光学舱位置部署后,补给任务轨道面外机动降低至原冲量的3.5%以下。     

高空台排气系统及排气压力调节

从航空发动机高空模拟试验台模拟压力要求出发 ,介绍高空台排气系统的作用、组成和排气系统的流通 ,对抽气机和排气扩压器的特性作了概述 ,对高空舱后压力PD 调节系统、Ⅰ级抽气总管压力P M 调节系统作了说明 ,叙述发动机稳态试验、加力过渡态试验、加减速过渡态试验时高空舱后舱压力PD 和Ⅰ级抽气总管压力P M 控制方法 ,指出发动机在稳态试验和过渡态试验时高空舱后舱压力PD 的影响因素和排气系统自动调节阀 (999)在管网中的安装位置。     

舱外航天服内流场及温度场仿真分析

为验证舱外航天服内空间布局和通风管路设计,利用飞天舱外航天服数值模型和标准人体模型,通过流体力学仿真软件STAR-CCM+分析计算,研究了航天服通风流场和温度场分布,获取了服内流线和温度云图.仿真分析结果表明:舱外航天服内流场整体流畅,上下肢通风流量比为3:2;面部通风流线平稳且分布均匀,可有效防止面窗起雾;头部至四肢...     

加速度计温控系统被控对象建模技术研究

加速度计工作过程中,其内部与外界环境存在温度梯度,针对温度变化影响加速度计参数的问题,提出了一种加速度计温控系统被控对象建模的方法。进行了多工作点加速度计升温和降温试验,采用递推增广最小二乘法对被控对象模型进行了辨识,建立了加速度计温控系统被控对象模型和降温模型,计算结果表明,3min后温控系统被控对象模型曲线残差在-0.5~0.5℃之间,降温模型曲线残差在-0.15~0.15℃之间,满足系统对加速度计性能需求,表明了方法的有效性。     

基于随动机器人的舱内/外航天服手臂测试方法

 提出了一种新的方法用于测量中国舱内和舱外航天服的关节力学特性。测量原理基于机器人运动学、静力学和动力学。首先,建立了随动机器人的运动学模型,然后根据航天服特殊的机械结构同时建立了舱内和舱外航天服手臂通用的运动学模型;其次,针对包含有柔性关节的舱内和舱外航天服手臂给出了求解其运动学逆运算的方法;最后,根据航天服手臂末端的力矩、位置和姿态信息计算出航天服关节的阻尼力矩。实验结果和SGI工作站上的仿真证明了该测量方法的正确性和有效性。     

一种航天员舱外活动用脚限位器的设计与分析

针对航天员开展舱外活动时与舱体的可靠连接和工作位姿的调节与固定这两个亟待解决的问题,提出了一种舱外活动用新型三关节便携式脚限位器的设计,阐述了其结构组成和工作原理,确定了其系统方案和技术参数;基于静力学和有限元分析,对设计进行了结构优化,利用ADAMS软件对该装置进行了运动学和动力学仿真分析,验证了该装置通过三个关节机构实现折叠状态和调节位姿的有效性,获得了主要关节位姿调节的运动学和动力学特性,为该装置的结构改进和优化奠定了基础。     

航天员舱外活动安全绳虚拟现实操作仿真方法研究

为了解决航天员舱外活动虚拟现实训练仿真中安全绳的逼真仿真问题,分析了安全绳的结构组成和神七任务航天员出舱过程微重力下的安全绳变形规律,对安全绳采用质点-直线弹簧-弯曲弹簧模型建模,使用基于位置的仿真方法计算了安全绳的变形,给出了安全绳的仿真参数,建立了航天员舱外活动安全绳操作仿真系统。开展了受试者试验,仿真结果表明,仿真方法实时有效,可为航天员虚拟现实舱外维修仿真提供基础算法。     

基于回收着陆段精细模型的飞船落点预报

针对载人飞船回收着陆阶段伞-舱系统运动轨迹受中高空水平气象风影响大的特点,研究建立了回收着陆段完备的伞-舱多体动力学模型,提出了回收着陆轨迹预报算法,分析比较了简化的三自由度动力学模型和精细的多体动力学模型的数值预报效果,并与“神舟八号”返回舱实时降落轨迹和实测落点位置进行了比较分析.结果表明,精细的伞-舱动力学模型为回收着陆气象风修正落点预报提供了更精确、更详细的信息,利用该模型预测返回降落轨迹和着陆落点位置,有助于减小飞船的搜救范围,缩短搜救时间.     

应用于舱外航天服的增强现实显示技术

针对航天员对任务环境信息感知能力的提升问题,介绍了目前舱外航天服显示技术的概念和发展现状.分析了航天员对显示信息的任务需求,比较了增强现实显示技术不同方案的特点,综述了近几十年国内外航天领域中舱外航天服显示技术的研究历程与发展现状;基于舱外航天服显示设备现状,探讨了不同显示技术方案的特点及问题.面对未来更加复杂繁重的太...     

基于模型的民用飞机自动刹车系统设计与研究

针对民用飞机刹车系统的重要组成部分自动刹车系统,介绍了自动刹车系统的功能,并对其原理进行了简单介绍,提出了一种适用于自动刹车系统开发的基于模型驱动的设计方法,根据自动刹车的功能需求,建立其对应的行为模型,对需求进行确认以及验证,根据自动刹车的功能架构对其行为模型进行集成,形成自动刹车功能的集成模型,确认、验证其架构的正确性。最后,综合考虑自动刹车的需求以及行为模型,建立基于模型的各工况测试用例,包括着陆刹车以及中止起飞测试用例,对自动刹车系统需求进行自动化测试,验证其正确性、完整性。最后,以着陆阶段自动刹车某一减速率为例对该方法进行了验证,确认了该方法的正确性。模型及管理工具分别为Library、Stateflow、Simulink。