空间机械臂辅助深层采样阻抗控制策略

针对空间机械臂辅助深层采样任务中的建模与控制问题,基于刚体李群SO(3)方法对机械臂进行建模。通过梯形规划对机械臂进行轨迹规划,采用阻抗控制方法控制机械臂运动。推导了李群SO(3)模型下机械臂关节空间与末端笛卡尔空间之间的雅可比矩阵,并且得到了两个空间的相互转换关系。采用锥互补方法计算采样机械臂与复杂接触面的碰撞力,并基于非光滑算法求解锥互补条件与系统动力学方程。通过对比位置控制与阻抗控制,证明了阻抗控制在实际应用过程中能够更加柔顺地控制机械臂与接触面进行接触。通过对控制参数进行调整,探究了不同控制参数对机械臂控制的影响,优化得到了合适的控制参数,从而能控制机械臂辅助完成深层采样的任务。     

火箭整流罩外气动噪声环境的大涡模拟研究

基于五阶加权本质无振荡（WENO）格式构造隐式大涡模拟方法（ILES）,对跨声速来流条件下（Ma=0.8）火箭整流罩外噪声环境进行数值模拟。通过与风洞试验结果及国外文献进行对比,ILES方法能够在较粗网格下准确预测壁面湍流脉动特性。跨声速流动在壁面折角处出现分离、再附、激波/边界层干扰现象,均方根脉动压力系数出现峰值,同时该区域噪声能量在全频段都较高,易引起结构抖振效应。最后,根据ILES模拟结果,指出工程常用的外噪声经验公式的不足,并提出改进措施。     

航天火工机构可靠性的强化试验验证方法

针对性能参数服从正态分布的一类航天火工机构,参照“应力-强度”模型,提出了一 种强化试验的小子样可靠性验证方法。试验中将火工机构性能参数置于相对额定条件更为严 酷的条件下,用传统的成败型试验方法评估其可靠性,然后结合火工机构的力学特性推导出 它在额定条件下的可靠性。公式的计算验证表明：利用本方法,在0.95的置信度下,只需要 少于10次的试验就能够评定0.9999～0.99999的可靠性。最后,文章对强化试验的设计方法 进行了说明。
     

随动推力作用下柔性旋转飞行器稳定性分析

针对柔性旋转飞行器动力学问题,考虑了飞行器转速的作用,建立了计入陀螺力矩及随动推力影响的运动方程并分析了系统的动力稳定性问题。将柔性旋转飞行器简化为带有附加质量的非均匀转子结构,考虑陀螺力矩及随动推力的影响,采用剪切变形对轴向位移有影响的Timoshenko梁模型,基于有限元方法建立了运动方程,分析转速、剪切刚度及附加质量等因素对系统稳定性的影响,发现了转速作用下旋转飞行器刚体和弹性体模态耦合的新现象。结果表明：剪切刚度较小时,剪切变形对临界推力有较大影响;附加质量的大小及位置对临界推力和不稳定域有重要的影响;转速一般会诱发非均匀转子系统的弯曲模态与刚体模态合并为一个耦合模态,致使系统产生动态失稳。     

火箭发动机超声速过膨胀射流气动噪声特性研究

采用大涡模拟LES方法计算了火箭发动机超声速过膨胀射流形态及近场声压分布,研究了入口温度与环境温度的比值(温度比)对声场的影响;将声源分解,基于Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H)方程获取了不同位置噪声源的远场噪声,并根据声压级频谱和湍流形态分析了超声速射流噪声的产生机理。研究表明,超声速过膨胀射流气动噪声由湍流混合噪声和宽频激波噪声组成,近场噪声源以马赫波形式向大方位角辐射中高频噪声,下游大尺度湍流向低方位角范围辐射低频噪声,声压级峰值频率随观测角度增大而升高;随温度比升高,马赫波辐射角度增大,噪声指向性发生改变。该研究可为运载火箭发动机地面试车或火箭发射段声学环境设计提供参考。     

圆形太阳翼模态仿真与试验研究

利用有限元软件SAMCEF实现了圆形太阳翼模态仿真分析，探究了翼面预紧力、约束方式和悬吊弹簧重力卸载系统对太阳翼模态的影响。结果显示，翼面预紧力对太阳翼模态影响较大；支撑车约束方式微小影响太阳翼第一阶模态；有支撑车相比无支撑车，太阳翼第一阶模态频率差值可达32.89%，因此地面试验不能使用支撑车；含悬吊弹簧重力卸载系统可有效减轻重力作用对模态的影响；此外，当弹簧刚度小于7 N/m时，其对太阳翼模态的影响小于0.59‰。随后，采用工作模态法和双点激振方式，经预试验优化地面试验方案；采用正弦扫频方法进行模态测试，获得了圆形太阳翼的前四阶模态振型和固有频率。最后，通过有限元模型修正，使模态仿真结果误差保持在4.16%以内，符合测试相关标准的要求。     

异面压缩下六边形铝蜂窝平均塑性坍塌应力研究

为了研究铝蜂窝在准静态异面压缩下的平均塑性坍塌应力，基于简化的基本折叠单元理论，以单个完整铝蜂窝六边形单元为研究对象，根据能量守恒定律，形成一个基本折叠单元外力所做的功等于屈曲能和膜能的总和，由此分别假设铝蜂窝材料服从Tresca屈服准则或Mises屈服准则，给出了两个准静态异面压缩下铝蜂窝平均塑性坍塌应力的理论计算公式，试验结果验证了理论推导的正确性。提出的公式对研究铝蜂窝的异面压缩性能具有一定的工程指导意义。     

火箭整流罩声振环境缩比特性研究

针对火箭整流罩全尺寸声振环境试验过程中难度大、成本高的问题，通过量纲分析的方法建立了缩比模型的相似准则，研究并获得了缩比模型与原模型之间内部声场、壁面振动加速度的关系，并使用声学有限元方法(FEM)进行了仿真计算。仿真结果表明，缩比模型与原模型场点处声压级相吻合，壁面振动加速度成一定的比例关系，符合缩比准则结果。该方法为火箭整流罩的声振环境预示和试验提供了理论依据。     

发射井内导弹悬挂系统减振性能研究

为研究井下导弹不同悬挂方式的工作特性及其性能差异,实现悬挂系统的优化设计,以俄罗斯SS-18导弹及发射平台为研究对象,基于有限元分析软件ABAQUS对四种典型井下导弹悬挂系统建立了动力学仿真分析模型,研究爆炸地冲击载荷来袭时导弹和发射筒的动态响应,并对比四种典型悬挂方式的减振效果。研究结果表明,四种悬挂方式对地冲击有不同的减振效果,差别明显,其中下支承式悬挂方式有最好的减振性能,斜吊式会使加速度峰值上升,笼式悬挂方式的晃动控制效果较差,摆式悬挂方式的减振效果相对最差,且无法完全复位。该研究可为井下导弹悬挂系统的选型和优化设计提供参考。     

圆柱形声腔内衬三聚氰胺泡沫降噪方法

针对运载火箭整流罩内高强度的噪声问题,采用圆柱声腔内衬理论、有限元仿真和声学试验研究了三聚氰胺泡沫材料的中低频（100~400Hz）降噪特性。将三聚氰胺泡沫内衬等效为阻抗边界,给出了圆柱声腔简正频率的修正公式。测试了20mm、30mm、40mm厚三聚氰胺泡沫的流阻和吸声系数,通过虚拟阻抗管仿真校验了三聚氰胺泡沫的声学参数、给出了表面声阻抗率。对比了内衬理论、阻抗边界仿真、实体仿真的简正频率。建立了运载火箭整流罩圆柱段缩比模型的噪声试验平台,对空桶和敷设三种厚度三聚氰胺泡沫等四种工况进行了仿真分析和噪声试验,对比了不同厚度三聚氰胺泡沫的降噪效果。结果表明圆柱声腔内衬三聚氰胺泡沫后简正频率减小,且减小量与三聚氰胺泡沫衬里的厚度成正比;三聚氰胺泡沫衬里在中低频段仍能达到约4~8dB的降噪效果。