卫星大挠性结构抑制技术地面试验系统设计

随着空间技术的发展,大型化、低刚度和挠性化已成为现代航天器发展的一个重要趋势。对卫星大挠性结构抑制技术地面试验系统进行了总体方案设计,建立了基于模态分析方法的挠性桁架的数学模型,并进行了比例积分微分控制律、全维观测器以及线性二次型调节器的设计与仿真,最后通过仿真验证了本文方法的有效性。     

一种改进的定频数字滞环电流控制策略

针对机载电动静液作动器(EHA)用20 k W级大功率无刷直流电机,提出了一种改进的定频数字滞环电流控制策略(HCCS)。在此控制策略中,通过对PWM_ON调制模式下相电流数学模型的构建以及相应电流环控制模式的分析,对一种综合三角载波控制和滞环电流控制的混合滞环电流控制进行改进,设计了一种实现简单、控制稳定、具有过流保护功能以及功率元件开关频率有条件固定的改进的准定频滞环电流控制策略,并通过数字化处理,引入数字化规则,实现完全的定频控制。仿真和实验结果表明,此控制策略能够实现大功率无刷直流电机控制时固定的功率元件开关频率以及高频率响应,将为高性能大功率无刷直流电机高效的电流控制提供一条新路径。     

基于顶点分类的曲面三角网格模型自适应光顺研究

逆向工程中由测量数据得到的三角网格模型往往含有大量的噪声、扰动及不规则三角片，需对其进行光顺处理，以满足后续处理的使用要求。本文首先提出了一种新的网格模型顶点法矢计算公式，该公式采用网格模型中三角片面积与顶角角度综合加权，可同时反映三角片面积与顶角角度对顶点法矢的影响。在此基础上，对网格模型顶点进行了分类处理，提出了能够反映网格顶点特征性质的顶点势概念。势为1的点为特征点，势为0的点为普通点。最后，提出了一种新的自适应曲面三角网格模型光顺方法，综合了普通拉普拉斯光顺法与平均曲率法的优点。在该方法中，顶点调整方向为拉普拉斯光顺矢量在被调整顶点切平面上的分量与该点法矢的加权合成；顶点调整幅度根据顶点类别的不同而不同，特征点的调整幅度小，普通点的调整幅度大，从而可保护原有特征。实例表明，与现有方法相比，该方法在有效去除噪声，匀化三角片的同时，充分保留了初始网格模型上的特征。     

构架天线四面体桁架单元精度分析与多目标优化设计

为了减小加工装配误差对天线桁架精度的影响,解决含随机变量的优化问题,综合考虑了杆件加工装配误差正态分布特性对精度的影响,通过最小势能原理求解得到了含杆件误差的构架天线桁架单元的平衡状态,采用蒙特卡洛方法对杆件误差变化对型面精度的影响开展了分析,得到杆件随机误差下的平均精度。为提高计算效率,建立了以杆件长度公差为设计变量、以桁架型面精度和加工成本为目标函数的代理模型,通过多目标遗传优化算法进行了公差优化设计,得到了代理模型误差小于8%的多组公差设计方案。其中平均精度最小达到了0.013mm,并且分析结果显示腹杆影响显著大于底杆。     

碳纤维增强点阵夹芯结构的散热承载协同优化

在散热性能分析中,解析地给出了点阵夹芯结构的整体传热系数和等效压降,定义了散热性能指标.通过连续介质力学的方法和经典的层合理论,并通过串并联模型给出了碳纤维增强点阵夹芯结构整体的刚度特性.在满足既定的承载要求和一定的散热要求约束下,提出了一种对碳纤维增强点阵夹芯结构进行多功能优化设计的协同优化方法,在设计中采用了更符合工程实际的基于分枝定界法的混合离散优化方法,得到了夹芯结构质量函数的最小值,从而实现了轻质的目的.同时对不同结构形式的芯子做了相应的比较和分析,结果表明:金字塔型点阵夹芯结构在实现轻质的同时,具有较强的散热能力,而且承载能力更好,更为轻质高效.      

考虑连接非线性的大型桁架天线分散协调控制

针对含非线性连接的大型桁架式天线,考虑铰链非线性所产生的影响,基于连接子结构模态综合建模方法,建立其低阶非线性动力学模型。在此基础上,将动力学模型转换为分散参数化模型,并考虑状态变量不完全可测因素,设计适用于一致性理论的最优观测器。然后基于图论的思想提出桁架式天线的一致性形面保持控制方法,不仅实现了桁架式天线的高精度形面保持控制,同时对作动执行机构的失效具有容错性。仿真结果表明了所提控制方法的有效性。     

尺寸高稳定性复合材料桁架结构的研制

介绍了某卫星复合材料桁架结构的研制情况,通过材料选择、铺层设计、材料的热膨胀系数测试与分析,制造了高精度的复合材料桁架,并测量了结构的热变形。测量结果表明:采用高模量碳纤维复合材料能够制造出热变形只有微米级的高稳定结构。这是针对超稳卫星平台所需的尺寸高稳定性结构的首次成功探索。文章最后对进一步降低结构热变形、提高尺寸稳定性和测量精度提出了建议。     

Experimental study on rotary ultrasonic vibration assisted drilling rock

Traditional rotary ultrasonic vibration drilling rock (f_z < 2A) is an effective drilling rock method, but its feed rate is limited by the ultrasonic vibration amplitude, resulting in lower drilling efficiency. In this paper, based on the requirements of drilling efficiency in the asteroid sampling mission, the process method of rotary ultrasonic vibration assisted drilling rock (f_z > 2A) was proposed. The mechanism of ultrasonic vibration assisted drilling rock was analyzed, and the propagation of ultrasonic energy in the process of ultrasonic vibration assisted drilling rock was analyzed. Using the small diameter cemented carbide triangular bit as the drilling tool, the comparative test of ultrasonic vibration assisted drilling and traditional drilling of sandstone, marble, and basalt was carried out. The experimental results showed that there was a specific feed rate range for each type of rock, so that the weight on bit required for ultrasonic vibration assisted drilling was less than that of traditional drilling. With the increase of firmness coefficient of sandstone, marble, and basalt, the ratio of weight on bit to feed rate was increased, and the effective feed rate range of ultrasonic vibration assisted drilling was reduced. The ultrasonic vibration assisted drilling rock (f_z > 2A) was one of the alternative methods for drilling rock on the asteroid surface.     

Type synthesis of deployable mechanisms for ring truss antenna based on constraint-synthesis method

Space deployable antenna is the key equipment in realizing the communication and data transmission between the spacecraft and the earth. In order to enrich the configurations of deployable antennas, the type synthesis of deployable mechanisms for ring truss antenna is conducted in this study. First, the principle of the constraint-synthesis method based on screw theory is briefly described, the structure of the ring truss deployable antenna and its folding principle are analyzed, and the ring truss mechanism is divided into upper edges, lower edges and linkages. Then, based on the constraint-synthesis method, the type synthesis of the basic unit edges is carried out, a series of basic unit mechanisms are obtained from combining the basic unit edge mechanisms, and five mechanism units with fewer joints and simple structures are selected. Furthermore, simulation models of the five ring truss deployable mechanisms are built in Solidworks and Matlab software, and the deploying process is verified by the movement simulation. Finally, mechanism characteristics of the five mechanisms are analyzed and discussed, and a prototype is manufactured, verifying the analysis in this paper. This research provides a new way for the type synthesis of spatial deployable mechanisms, and the ring truss deployable mechanisms obtained in this study can be well applied in the field of aerospace.     

典型杆状构架式展开机构

阐述了空间杆状构架展开机构中盘压杆和铰接杆两种类型装置的构成和工作原理。介绍了盘杆机构中盘压杆、支撑盘、贮存筒、锁定释放装置、展开控制、套筒展开装置、铰链、对角件和驱动装置等主要构件。讨论了杆状展开机构的主要参数确定原则和关键设计技术。最后给出了国外的部分应用实例。