小卫星地面部分的设计

小卫星有其特殊的任务特性:低成本、一台主要仪器、航天器自主、任务收益最佳等…,为适应这些特性,设计其地面部分必须采用新的设计原则。本文阐述了这种地面部分的关键成本因素、主要设计特性以及满足用户要求的各种设计方案的比较。     

大型运输类飞机典型机身框段坠撞特性分析

为了研究大型运输类飞机坠撞特性及失效模式，发展机身框段结构有限元建模及坠撞仿真技术，首先设计加工三框两段全尺寸机身框段试验件(含2套三联座椅和4个FAA混Ⅲ假人)；其次通过开展坠撞试验获得其坠撞变形及响应特性；最后建立经试验验证的机身框段有限元模型，并进一步评估其撞击不同地面(混凝土地面和软土地面)时的响应特性。结果表明，在6.02 m/s坠撞速度下，客舱地板上部区域基本保持完整，客舱地板下部区域发生了较大变形与破坏，产生3处塑性铰；货舱地板横梁一侧在其与机身框连接处发生断裂，导致同侧的客舱地板峰值加速度明显大于另一侧，最大峰值加速度和撞击力分别为427.7 m/s²和290.8 kN。有限元模型能够准确模拟客舱地板下部的3处塑性铰、货舱地板横梁与机身框连接处的失效情况等，且在速度、加速度等方面与试验结果吻合较好，仿真结果表明机身框是主要的吸能部件，占总吸能量的40.7%；当机身框段撞击不同地面时，由于软土地面发生变形并吸收了部分冲击能量，导致机身变形模式发生改变，并降低了传递给乘员的峰值加速度。     

为使操作费用最佳化的地面部分重用

航天任务的操作费用占整个任务费用的１０￣１５％，为了使正常操作的费用最低，并尽量延长实用卫星的寿命，从而增加总任务投资的回报，探讨地面部分设计方案最佳化方法越来越重要。本文介绍了欧空局在一系列任务地面部分开发和操作方面的经验，以证明可在直接重用，采用通用部件和任务专门开发之间正确折衷，实现最小风险开发并使操作费用最佳化。     

基于数字虚拟飞行的民用飞机纵向地面操稳特性评估

针对民用飞机设计方案纵向地面操稳特性的评估需求,面向适航标准的要求,提出了一种基于数字虚拟飞行的评估方法。基于适航条例要求提出了纵向地面操稳特性的量化判定准则,建立了飞机的地面运动模型和驾驶员操纵模型,以实现起降等特定地面运行任务的数字虚拟飞行,最终依据数字虚拟飞行结果和判定准则对飞机设计方案的地面操稳特性做出评估。应用此方法研究了某大型运输类飞机的纵向地面操稳特性。数字虚拟飞行结果表明:前翻倾向的严重情况发生在起降过程的高速滑行段,主轮刹车引起的机身前翻倾向是显著的,起落架纵向定位参数设计以及飞行进近参数选择均会对飞机的纵向地面操稳特性产生影响。     

先进战斗机气动弹性设计综述

中国新一代战斗机的研发引领了飞机设计领域各项技术的创新和发展。针对研制总要求和任务特殊性，中国航空工业成都飞机设计研究所气动弹性专业建立了精益气动弹性设计与验证技术体系。基于多学科优化设计流程，开展了旨在提高飞机气动弹性品质的关键技术攻关、气弹优化设计和分析工作。完成了考虑含全动翼面结构非线性的全机动力学特性地面试验、亚跨超声速颤振模型风洞试验和气动弹性飞行试验验证。在较短的研发周期内，成功实现气动弹性设计目标，为新一代战斗机的成功研制提供了技术保障。描述了该飞机气动弹性设计历程、主要技术工作以及在此基础上取得的技术进步、能力提升以及具有研究所特色的气动弹性设计知识工程建设。     

地面飞行模拟器动力学建模与应用研究

地面飞行模拟器的训练效果主要取决于动力学建模的逼真度和满足正常/特殊情况飞行任务的程度。首先,分析了影响飞机动力学特性和飞行员操作各个因素的相互关系,旨在从任务飞行、故障飞行和特殊环境条件飞行三方面拓展地面飞行模拟器的模拟能力;其次,进行了飞机空中编队、方向舵故障、雨中飞行以及非线性起落架减振支柱的仿真。研究结果表明,拓展地面飞行模拟器的应用范围是实际飞行的需要且技术可行,关注细节的部件建模更是提高地面飞行模拟器逼真度和可信度的关键。     

欧洲数据中继系统的中继卫星

欧洲准备从90年代中期开始部暑在轨基础设施(IOI),其主要组成是各种哥伦布极轨平台(服务于各种对地观测任务,Envisat—1和Metop—1),对接在自由号空间站上的哥伦布固连实验室,尤里卡和SPOT—4。 该IOI的一个重要部分将是数据中继系统(DRS),它将由两颗同步定点工作星(位于西经44°和东经59°上空)组成,其任务是完成低地球轨道(LEO)航天器和地面之间的通信。 本文介绍DRS通信系统的关键特性以及当前勾划的DRS卫星基本结构。     

微波辐射定标场地面接收机通道自校准设计

微波辐射定标场的地面接收机是卫星雷达外定标的主要设备之一，由于整个雷达系统对精度要求很高，因此作为系统外定标的地面接收机，其自身参数的实时校准就显得尤为重要。本文对地面接收机的接收通道设计了一种自校准方案，阐述了其校准原理和校准步骤，并给出了设计实现框图，分析了其中的关键技术。     

用于对地观测和科学任务的小卫星

一.任务目的和技术途径美国仙童航天公司和法国马特拉航天公司合作,对用于对地观测和科学任务的廉价、快速可用的“交钥匙”卫星系统进行设计研究。该研究的目的综合如下: ·建造一个具有下列组成的卫星系统: ——空间部分:舱体+载荷——地面部分:用于跟踪/遥控和图象接收/处理。·基本任务:环境监测·其它任务:作物分类和农业研究;测绘与测地;渔业和矿业资源·主要目标:廉价、快速可用性廉价和快速的主要目标决定了基本的技术方针: ·小卫星:重量:200—300千克     

面向空间机械臂任务验证的硬件在环半物理仿真系统研究

针对空间机械臂在轨任务进行高保真地面仿真和验证的需求,搭建了空间机械臂操作任务验证平台(MTVF)系统。该系统基于硬件在环技术,将空间机械臂动力学仿真模型、两台地面模拟机械臂和测量系统通过实时仿真计算机实现软硬件的整合,具有响应速度快、跟踪精度高的特点。开发了闭环稳定算法和阻抗控制算法以保证MTVF系统的高保真性能,并通过搭建仿真计算模型以及设计地面试验等方法对MTVF系统的性能进行验证,结果表明,该系统能够反映真实微重力环境下空间机械臂的动力学特性,能够实现对真实微重力环境下的空间机械臂在轨操作任务进行高保真的地面试验和验证。     

空中加油机人机闭环系统特性分析

针对空中加油任务中加油机人机闭环系统特性研究不足的问题,设计了基于模型参考动态逆算法的加油机控制律。通过地面模拟试验平台模拟加油机空中加油任务,采取时域数据分析方法建立了加油机纵向及横侧向结构驾驶员模型,分析了加油机闭环飞行品质评定方法。研究结果表明:补偿控制结构驾驶员模型能够准确地体现空中加油任务中驾驶员的操纵特性;Hess提出的人机闭环品质评价指标函数能够有效评估空中加油任务中加油机的飞行品质。     

空间站舱体转位试验系统动力学匹配设计与仿真

针对空间站舱体转位地面试验二维模拟空间三维动力学特性的等效性问题,通过第二类拉格朗日动力学方法,建立起在轨与地面试验系统之间的动力学关系,进行了质量特性匹配性设计。基于设计的质量特性,进行了在轨转位和地面试验转位两种仿真分析,仿真结果表明,在轨与地面动力学仿真结果在趋势和峰值两方面一致性很好,所设计的实验舱模拟器质量特性可以用于地面试验系统的研制。     

在轨加注任务中变质量特性下的空间操作臂状态扩展自适应镇定控制

模块更换方式在轨加注任务面向不同类型的多个待加注目标与推进剂模块,过程中涉及航天器对接与分离、推进剂模块拆卸与组装等多种操作,研发时需要考虑系统中质量特性变化复杂,以及地面验证中存在的全周期、遍历性的任务级微重力模拟试验难以实现的问题。首先,针对地面调试良好时在轨加注空间操作臂系统可能被掩盖的非线性动力学特性,分析了一定参数范围下,任务执行过程中负载和基座质量特性变化对空间操作臂动力学特性和控制性能的影响。随后为实现对控制对象及环境改变的自适应性,基于惯性矩阵分解与重力载荷矩阵线性化,设计g的自适应律,并扩展系统状态变量,建立系统的Hamilton模型,进而基于能量函数整形与阻尼注入的无源性控制思想,设计预置镇定控制律,提出一种可对不同工况下的系统非线性实现自适应镇定的控制方案。最后,通过仿真研究验证了所提控制方案的有效性。     

冷却塔动态风荷载特性试验研究

首先按照动力相似设计了冷却塔弹性模型。进行了冷却塔弹性模型的地面共振试验，测量的主要模态参数为前五阶模态的频率、振型及阻尼。地面共振试验的结果可用于验证冷却塔原型振动特性计算结果，保证冷却塔模型风洞试验中弹性模型设计的准确性。试验研究了冷却塔弹性模型的风振系数，测量的主要参数为刚性模型测量点处的压力值及弹性模型对应测量点处的压力值。最后得到了模型不同位置的风振系数。     

移动式柴油发电机组空冷流动特性数值计算研究

目标自身热辐射主要的影响因素是目标的表面温度和发射率,而对于有内热源的装甲车辆等目标,应尽量通过隔离、设计夹层等方法控制内部热量的散发。本文针对某地面作业的移动式空冷柴油发电机组模型的流动特性及温度分布进行研究。结果表明模型中箱体保温层的设计有效的降低了外壳外表面的温度;朝地热流通道则使得大部分高温流体直接冲击地面,将环境高温控制在外壳下侧;但这部分高温流体还会被内部机体的风扇吸入,参与新一轮的空冷过程,从而影响冷却效果。     

飞机抛物线飞行试验中的液体行为仿真

微重力环境下液体的流动特性和晃动行为是航天工程上颇为关心的问题,也是进行推进剂管理的基础。飞机抛物线飞行是创建微重力环境地面实验方法之一,可实现对一定时间内液体行为的观测,但其成本较高且试验时长受限。基于失重飞机的一般运动规律,对单次及多次抛物线飞行的任务剖面进行了设计,并以单次抛物线飞行为例、利用CFD软件对液体行为进行了数值仿真,分析了失重飞行段初始条件对微重力液体响应的影响。仿真结果可为失重飞机飞行任务剖面的设计和优化提供参考。     

新一代飞机地面保障设备——空调通风车

首重介绍了KTC－1型地面空调通风车的主要性能和设计过程，并对其4大系统的组成及设计原理进行了详细介绍。1年多的使用结果表明，地面空调通风车的供风量能够满足某型飞机在地面工作时电子设备（舱）通风冷却和工作舱空调需求，可提供不高于15℃的冷风和不低于40℃的热风。     

航空发电机传动轴扭转振动测试实验研究

航空发电机是飞机任务系统电能的主要来源,也是任务系统甚至载机正常工作的保证。考虑到任务系统工作时具有脉冲电流的特性,利用地面实验设备,模拟发电机的实际运行状态和载荷情况,进行发电机的动态测试实验,得到了脉冲电流作用下发电机弹性传动轴冲击扭转振动曲线。通过对实验结果的对比分析,证实了任务系统工作时的脉冲电流是发电机传动机构扭转振动的主要激励源,同时也是弹性传动轴出现断轴故障的主要原因;适当增大弹性轴的轴径,可以改善系统的固有特性,从而有效缓解弹性轴扭转力矩的振动峰值。     

RENAISSANCE：一种提供低成本地面数据系统的革命性方法

随着开发时间和预算的缩减，ＮＡＳＡ正将其焦点从大型航天任务转移到数量更多的小型任务上。ＮＡＳＡ对低成本和小任务的重视，以及很多用户想通过他们采用新技术的设备来操纵航天器的事实，成为实现低成本地面数据系统的革命性Ｒｅｎａｉｓｓａｎｃｅ方法的主要推动力。Ｒｅｎａｉｓｓａｎｃｅ是一种“任务操作和数据系统局”（ＭＯ＆ＤＳＤ）的系统工程法，其目的是增强系统性能、减少成本和开发时间、满足用户独特的需求。用户尽     

载人航天器地面通风设备参数研究

针对航天器总装过程对地面通风设备控制密封舱内的大气温湿度和通风、保证舱内环境要求并保障舱内操作工人的新鲜气体供应的需求,研究了航天器地面通风设备的主要技术参数的设计与确定方法。结合理论推导与工程实践,给出了如何从载人航天器自身主要技术参数出发,通过迭代计算得到能够满足要求的地面通风设备主要技术参数。某载人航天器地面通风设备设计过程对该结果的应用验证了其有效性,可为后续航天器地面设备研制提供参考。