某航天器电子设备减振设计与试验验证

某航天器回收系统电子设备在发射过程会经受大量级的随机振动,因此需对其进行减振设计。首先建立电子设备−减振器的减振系统动力学模型,给出减振器的刚度和阻尼特性测量方法和减振系统减振效果的预估方法;然后设计了一种内部填充聚氨酯棒的钢丝绳减振器,通过扫频试验对其刚度和阻尼特性进行测量,并根据所建立的动力学模型预估减振系统的减振性能;最后根据实际飞行环境条件对减振系统进行随机振动试验,结果表明该减振系统性能的预估结果与试验结果具有较好的一致性。以上方法可用于指导后续型号的电子设备减振系统设计。     

基于GaN HEMT和平面变压器的高效率谐振DC/DC变换器

为了提高航天领域高压直流母线DC/DC变换器的效率性能和功率密度,基于氮化镓器件和谐振变换器拓扑,研究矩阵变压器和平面磁元件的优化方法,提出了一种包含等效半匝绕组的变压器绕组结构,实现了多个并联副边绕组间以及多个并联整流器件间的均流,降低了损耗,提高了低压大电流输出时的效率。此外,还研究了模块的并联均流方法,搭建了270 V转28 V、1.2 kW输出的模块单体样机和2.4 kW的多模块并联样机,验证了所提出方法的可行性。     

高效能源系统管理与控制技术

能源系统是飞行器的关键技术之一,能源系统性能的优劣对飞行器能否正常飞行及实现预定任务有重要影响。本文针对大功率飞行器对分布式循环能源系统的管理需求,开展高效能源系统管理与控制技术研究,提出一种集逐级调压控制、限流充电控制、恒流输出控制以及最大功率点跟踪(MPPT)控制为一体的层级梯次控制策略,实现分布式系统的全局优化控制和飞行器能源的功率优化调度。研制的能源管理系统(PCU)配备1条234～328 V高压母线,额定功率15 kW,电路效率大于97%,功率密度大于750 W/kg。PCU依托分布式架构,采用层级梯次控制策略,验证了高效能源系统管理与控制技术的正确性和有效性。     

Walker星座碰撞检测及碰撞概率分析

针对Walker星座的碰撞问题,在狭义碰撞的基础上,设计一种Walker星座碰撞检测模型。该模型考虑星座实际在轨构型发散与维持偏差,给出了Walker星座构型维持条件下的广义碰撞检测与碰撞概率计算方法,并提出了表征Walker星座构型防碰撞性能的安全度系数。利用该检测模型,在进行Walker星座设计时不仅可以避免狭义碰撞,还可以实现星座在构型维持阈值内的广义碰撞安全性分析,实现星座构型择优。通过案例仿真分析,证明了该系统模型的可行性及可靠性。     

视觉测振技术在柔性太阳翼模态试验中的应用

针对8 m×5 m的柔性太阳翼在倒立状态下进行模态试验,设计数字摄像视觉测振系统,基于图像特征跟踪法实现了从相机标定、图像采集、信息提取到三维振动数据获取的过程,通过工况模态辨识方法获取了柔性太阳翼模态频率及振型等动力学参数。并考虑空气和重力影响建立太阳翼有限元模型,通过与基于基恩士激光位移传感器的传统模态试验结果及仿真分析结果进行对比,验证了基于视觉测振工况模态试验方法的准确性,为柔性太阳翼在轨模态辨识奠定基础。     

微纳聚合体卫星的对称式重构规划算法

为解决微纳聚合体卫星变构过程中,聚合体各部分之间的动力学耦合导致的卫星整体姿态翻转或紊乱,提出了一种对称式变构规划算法。首先建立了铰链约束下的漂浮基多刚体系统动力学模型,研究了重构过程中各运动模块对本体姿态的影响,提出当每两个运动模块位置与转动方向满足对称性条件时,两者对本体姿态的影响可在一定程度上相互抵消。基于上述理论,在A*算法中引入最优分配度量和对称性判定,设计了并行对称重构规划算法。仿真结果表明,该规划算法可实现重构过程中多模块并行、对称运动,重构过程总步数较少,运动模块对本体姿态的影响小。     

EMR系统机器人运动学分析和求解

舱外自由移动机器人是一个具有对称结构和行走能力的5自由度机器人，对于这种没有固定基座以及欠自由度的机器人，如何建立运动学关系，以便在机器人控制中简便，有效地求解关节角和关节角速度，是该系统研制中的一个关键，本文提出的方法有效地解决了这个问题，并在实际中得到了应用。     

海洋目标探测卫星的通用效能模型初探

为有效构建海洋目标探测卫星体系，建立一套能对各类卫星的海洋目标探测效果进行分析与评估的通用效能模型非常重要。初步建立了以目标探测概率为度量的海洋目标探测卫星通用效能模型，可用于光学成像、雷达成像和电子侦察卫星等。模型考虑了影响目标探测概率的三类主要因素即观测区域与目标特性、卫星平台参数和卫星有效载荷特性，分析了卫星技术性能指标和作战性能指标的相互关系，可作为海洋目标探测卫星体系需求分析、顶层设计以及效能评估的依据。并以大型舰船为探测目标用仿真结果说明了模型的适用性。     

MMOD撞击下航天器风险评估系统的发展与启示

微流星体及空间碎片（MMOD）超高速撞击严重威胁在轨航天器安全,而开展MMOD撞击下的航天器失效风险评估是考核验证航天器在轨生存力的有效手段。文章在分析MMOD超高速撞击对航天器的撞击损伤行为和撞击效应的基础上,综述MMOD超高速撞击下航天器风险评估系统的发展情况,以及撞击敏感性、易损性分析等关键技术的最新发展;最后针对国内现状,提出MMOD撞击下航天器风险评估系统的发展建议。     

数字全息测量超高速撞击碎片云实验研究

在中国空气动力研究与发展中心(CARDC)超高速碰撞中心(HIRC)7.6 mm超高速碰撞设备的基础上,搭建纳秒级脉冲激光数字全息系统。提出滤波片和衰减片组合布置,减弱超高速碰撞等离子体自发光、提高信噪比的方法。实验获得了2.25 mm铝球弹丸以4.0 km/s的速度撞击0.5 mm厚铝板形成碎片云的全息图。采用小波变换算法对碎片云全息图进行重建,得到超高速撞击碎片云的三维结构和碎片大小。碎片云的轮廓呈椭球型,分为碎片云的前端、核心和外壳,碎片主要分布在弹丸破碎形成的碎片云核心,存在大碎片,且分布较集中,对后板的损伤也严重