Modeling and experimental validation of sawing based lander anchoring and sampling methods for asteroid exploration

This paper presents a novel lander anchoring system based on sawing method for asteroid exploration. The system is composed of three robotic arms, three cutting discs, and a control system. The discs mounted at the end of the arms are able to penetrate into the rock surface of asteroids. After the discs cut into the rock surface, the self-locking function of the arms provides forces to fix the lander on the surface. Modeling, trajectory planning, simulations, mechanism design, and prototype fabrication of the anchoring system are discussed, respectively. The performances of the system are tested on different kinds of rocks, at different sawing angles, locations, and speeds. Results show that the system can cut 15?mm deep into granite rock in 180?s at sawing angle of 60°, with the average power of 58.41?W, and the “weight on bit” (WOB) of 8.637?N. The 7.8?kg anchoring system is capable of providing omni-directional anchoring forces, at least 225?N normal and 157?N tangent to the surface of the rock. The system has the advantages of low-weight, low energy consumption and balance forces, high anchoring efficiency and reliability, and could enable the lander to move and sample or assist astronauts and robots in walking and sampling on asteroids.     

控制力矩陀螺框架谐波减速驱动系统建模与仿真

摘要： 控制力矩陀螺是航天器姿态控制系统的重要执行机构,它具有输出力矩大、速度响应快、功率消耗低、寿命长等优点,可以完成高速率的姿态机动控制.综合考虑谐波减速器的齿隙模型、非线性刚度、减速器效率等因素,对CMG框架驱动组件用谐波减速器进行精细建模.针对低速下谐波减速器的刚度较低、传动误差较大这一缺陷,建立考虑传动误差的减速器模型;与传统的不考虑传动误差的模型相比可更准确地描述谐波减速器在低速下的输出速度曲线.根据建立的CMG框架驱动系统模型,在低速下采用PID闭环控制对输出转速误差进行抑制,使输出转速误差降低了50%以上.最后分析其对谐波减速器刚度和阻尼对框架系统性能的影响.     

航空发动机机匣摆线粗加工轨迹规划方法

针对机匣零件粗加工过程中凸台多、加工余量大、材料难切削、刀具磨损快、加工周期长等特点,提出了一种机匣摆线粗加工刀具轨迹规划方法,该方法能有效控制切削过程中刀具负载的变化,改善刀具切削过程中的加热-冷却循环,减缓刀具的磨损,提高机匣粗加工效率。首先,通过对两种摆线模型的分析,建立了摆线铣数学模型,并分析了摆线铣的优缺点;其次,结合机匣零件特点,将模型在精度范围内离散为点模型,利用圆锥将模型展开并建立展开模型与原始模型间的映射关系。通过对可加工区域的划分和平面逼近,生成了适用于机匣零件的摆线粗加工刀具轨迹。最后,分别通过摆线铣刀具磨损实验、平面型腔摆线铣实验和机匣摆线铣实验,验证了摆线铣在降低刀具磨损、延长刀具寿命方面的有效性,以及本文轨迹生成算法在航空发动机机匣实际加工中的正确性和高效性。研究成果能有效缩短加工周期、降低加工成本,提升机匣零件的粗加工效率。     

太空环境下电子束原位制造技术

美国国家航空航天局（NASA）载人探索计划的提出给载人登月和载人火星等带来了机会和风险,NASA的工程师和科学家正在开展在月球或火星表面利用当地提炼的材料进行原位制造工艺技术的研究。首先,介绍了太空原位制造和修复（ISFR）技术的概念和特点,结合该技术的发展背景,介绍了电子束原位制造技术的概念、特点以及在太空环境下应用的优势和潜力。然后,根据所用原材料和成形工艺原理的不同,电子束原位制造技术又分为电子束熔融（EBM）和电子束自由成形制造（EBF³）技术两个分支,分别介绍了这两个分支技术的概念、原理、特点以及采用该技术研制出的零件的性能,结合硬件设备的情况介绍了在太空环境下应用的适用性,同时也详细介绍了NASA利用兰利研究中心的C-9抛物线飞行试验系统进行电子束原位制造微重力试验的研究成果、试验数据和未来的发展趋势。最后,结合中国未来空间事业发展的需要,提出了关于发展太空环境下电子束原位制造技术的设想与建议。     

计及弹射滑车质量的某舰载无人机弹射动态响应分析

舰载无人机是未来海上作战的关键装备,其弹射动态性能严重影响起飞安全。弹射滑车与舰载机起落架弹射杆相连,在牵制杆突卸弹射滑跑过程中共同组成一个耦合动力学系统。目前,国内外尚缺乏对此耦合系统动力学特性的研究。以由某无人机改造的弹射型为研究对象,建立了包含弹射滑车质量的弹射动力学模型,并开展了拖拽弹射过程的动态响应分析,结果表明：弹射滑车的惯性力会沿着弹射杆传递到前起落架上,拖拽弹射过程中前起落架载荷波动幅度增大,前起落架撑杆、弹射杆以及前轮垂向载荷峰值分别增加了23.4%、21.6%和14.0%;前起落架缓冲器压缩量变化范围扩大了30.4%;前起落架纵向和垂向的载荷振荡频率分别从90.9 Hz和5.2 Hz降到26.3 Hz和4.4 Hz。     

基于“高分四号”卫星数据的水体提取效果评价

"高分四号"卫星具有静止轨道卫星高时间分辨率和中高空间分辨率的特点,可以实现对水体面积及变化的大范围实时监测,有效支撑洪涝灾害应急救助工作。为了验证其对水体面积及其变化的监测能力,文章分别利用区域生长法和水体指数法,在开展全国水体面积变化监测基础上,针对与同期"高分一号"卫星16m分辨率多光谱相机及美国Terra卫星的中分辨率成像光谱仪数据等卫星的监测结果展开对比,结果显示,与其他极轨卫星监测结果相比,"高分四号"卫星可以有效开展水体面积及变化监测。但是,鉴于"高分四号"卫星50m像元分辨率,相比更高分辨率遥感影像的水体提取结果,"高分四号"卫星数据提取的水体外部轮廓较为粗糙。在针对规模较小洪涝灾害监测方面可能存在一定误差,仍然需要再进一步开展评价。     

三维弹道有理Bezier曲线造型与优化方法

为有效克服传统弹道优化方法解的收敛性和最优性受搜索算法、初始猜测等影响大的问题,提出了基于有理Bezier曲线的三维弹道造型与优化计算方法。根据边界条件用光滑且只含少量造型变量的有理Bezier曲线形成待优化三维造型弹道,采用逆动力学方法计算造型弹道倾角、弹道角速度和法向加速度等,结合弹道其它动力学方程和约束计算造型弹道性能指标,通过对弹道造型变量寻优得到最优弹道。这种方法将无限维弹道优化问题转换为对很少造型变量的参数优化问题, 而且得到的最优弹道完全光滑可飞。与间接法相比,无需求解两点边值问题使用方便、鲁棒性强;与直接法相比,不需要对动力学方程离散化、寻优变量少、求解收敛性好,而且解的全局最优性和光滑性更高。仿真结果及与自适应伪谱法的比较校验了方法的实用性和有效性。     

基于UG下多轴数控机床后处理的实现

本文以特定数控机床Mikron-UCP-800Duro为研究对象,首先了解机床结构和技术参数,其次研究了其后置处理算法,最后在UG NX提供的后处理构造器中借助TCL语言编写了适合机床本身加工特点的后处理文件。目的使UG生成的G代码文件能与机床匹配,提高加工效率和质量。     

Science Researches of Chinese Manned Space Flight

With the complete success of the 2nd stage of Chinese Manned Space Program (CMSP), several science researches have been performed on Tiangong-1 experimental spacelab, which was docked with three Shenzhou spaceships one after another. The China's real spacelab, Tiangong-2 will be launched in 2015, docked with a Shenzhou spaceship soon. After six months, it will be docked with the first Chinese cargo ship (Tianzhou-1). More space science researches, involving with space biology, fluid physics, fundamental physics, materials science, Earth science, astronomy and space environmental science, will be operated on Tiangong-2 spacelab, and crewed and cargo spaceships. Furthermore, the considerable large-scale space utilization of Shina's Space Station is planned. The research fields include yet not limited to space medicine and physiology, space life science and biotechnology, fluid physics and combustion in microgravity, space material science, and fundamental physics in microgravity, space astronomy, Earth science, space physics and space environment utilization, technology demonstration.