载人航天器应急飞行方案库构建方法

载人航天器在轨飞行过程中出现故障、不能按照正常飞行方案继续飞行时,需要快速决策采用预先设计的应急飞行方案,以确保航天员的安全,并尽可能完成既定飞行任务。文章提出了一种基于应急飞行模式识别矩阵的应急飞行方案库构建方法,即以系统级故障模式为线索,建立应急飞行模式识别矩阵,从静态和动态两个维度覆盖载人航天器全部系统功能和整个飞行阶段,对识别出的应急飞行模式设计相应的应急飞行方案,形成应急飞行方案库。该方法成功应用于天舟一号货运飞船应急飞行方案设计,其研究思路和成果也可推广应用于其他航天器的应急飞行方案设计。     

航天器平台-载荷-控制一体化协同研制

航天器任务能力的指标提升,对卫星系统设计的深入、精细以及集约要求更高。以系统性能最优为终极目标,围绕任务能力开展多学科一体化设计,进而引起的产品集成、验证模式的显著改变。本文对国内外航天器多学科一体化研制模式的发展和应用情况进行介绍,分析了一体化设计的需求和内涵,并对多学科一体化协同平台的实现及探索性应用进行了研究。     

星箭连接界面处环形分布动载荷识别

提出一种基于卫星结构响应的环形分布动载荷识别方法。首先基于脉冲响应函数,在时域内构建激励与响应之间的传递关系;进一步,利用B样条函数表示动载荷的环形分布函数,并结合卫星结构有限元模型和结构测点加速度响应,识别了动载荷的分布函数及其时间历程。以某卫星模型开展数值仿真研究,结果表明：在不同噪声水平,响应测点数以及B样条控制点数的情况下,本文所提出的方法能够准确识别卫星结构所受分布动载荷。本文方法能够为实际飞行情况下卫星载荷环境评估提供理论支撑。     

熔滴过渡模式及丝材对电弧增材制造 Al⁃6.3 Cu合金气孔含量的影响

高强铝合金(Al-6.3Cu)电弧增材制造技术在航天领域具有广泛的应用前景。以电弧增材单壁墙结构为对象,采用气孔面积统计分析的方法,研究了熔滴过渡模式及不同厂家丝材表面质量对成形的Al-6.3Cu铝合金气孔尺寸、数量的影响规律。结果表明,Advanced CMT+P熔滴过渡模式因熔池尺寸小、焊丝与已沉积层表面阴极雾化去除氧化膜充分、熔池搅拌作用强等原因,成形的单壁墙内部气孔较少;丝材表面粗糙度对成形气孔有一定影响,表面粗糙度越高,气孔含量越高。     

基于Stateflow的自动飞行模式转换逻辑研究

现代民用飞机的自动飞行模式有很多种,且各模式间相互关联和影响,容易造成模式转换的混乱。为解决模式转换的混乱问题,对自动飞行模式转换逻辑进行了研究,分别梳理了飞行指引、自动驾驶仪以及横向和纵向模式转换关系。利用Stateflow搭建了自动飞行各功能的模式转换模型,同时利用Matlab的GUI搭建仿真的飞行控制板和自动飞行模式显示界面,模拟仿真飞机的自动飞行模式转换功能。最后通过预期的模式转换矩阵的方式验证平台中模式转换的正确性。     

基于实测频响函数反推管路卡箍支承刚度与阻尼

为了有效创建航空发动机管路系统动力学模型,需要获得动载荷作用下管路卡箍支承刚度及阻尼。提出一种基于实测频响函数(FRF)反推卡箍支承刚度及阻尼的方法。确定了针对单管路双卡箍支撑系统的反推辨识流程;利用自编有限元创建了该管路系统的动力学模型,并给出了求解频响函数的方法;进一步,提出了基于灵敏度的卡箍支承刚度和阻尼反推辨识算法;以典型管路卡箍为例,用所提出的方法辨识出了该卡箍的支承刚度和阻尼。将辨识值回带到理论模型中,发现仿真及实测固有频率及相对应的频响函数偏差均小于9%,从而证明了研发的辨识方法的合理性。另外,辨识结果也表明卡箍的刚度及阻尼具有频率依赖性,且水平及竖直方向存在差异。      

基于非线性抗扰滑模控制的永磁同步电机直接转矩控制

针对永磁同步电机(PMSM)内部参数不确定和外部干扰未知的问题,提出了一种基于非线性光滑扩张状态观测器(ESO)的非线性控制方法。通过引入非线性光滑函数设计了ESO,实现了对PMSM内部和外部不确定因素的观测,并把观测结果实时补偿给非线性控制器,有效提高了电机的动静态性能和抗扰能力。采用基于非线性光滑函数的滑模控制器替代传统直接转矩控制中的滞环控制器,有效地削弱了转矩和磁链的抖振和脉动。仿真结果表明所提方法响应速度快、稳定性好、抗扰能力强,是一种鲁棒性强的控制方法。     

面向装配验证的卫星电缆数字化技术研究

针对复杂电缆装配,局促区域电缆装配,高压、刚度大电缆的装配,以及下厂装配模式等存在于通信卫星电缆数字化装配验证的4个方面主要问题。文章提出面向装配与验证设计(Design For Assembly and Verification,DFAV)的电缆网数字化研制方法,将装配、验证工作提前,开展协同设计工作。该方法包括四个部分,针对复杂电缆设计装配工作,提出电缆设计后即开展验证工作的方法,从源头优化电缆设计,从而简化电缆;针对局促区域电缆装配问题,采用电气化的电缆来进行电缆仿真;针对高压、刚度大电缆提出基于设计要素的电缆设计来解决此类电缆的装配;针对下厂装配模式问题,明确表达方式,优化下厂模型。通过对该方法进行验证,结果表明:此方法适用于卫星电缆数字化研制,可提升通信卫星面向生产装配的设计能力,设计验证效率提升60%以上,软件设计正确率为100%,输出效率提高90%以上,可推广使用。     

大型载人空间基础设施商业化运营模式初探

为提高以空间站为代表的大型载人空间基础设施运行效率和运营效益,本文在研究国际空间站(ISS)在轨运营模式及商业化做法的基础上,针对我国现有空间基础设施的在轨运营特点、国家战略和社会商业化需求,提出了引入社会资本建立商业化运营模式和建立商业成果转化基金等建议,成立专门的商业化运营管理机构,进行统筹管理和商业化运营,探索形成一套职责清晰、高质高效、效益突出的商业化运营管理体系,既保证空间基础设施在轨健康运行,高效开展各类空间应用,又降低建设和运营成本。在孕育商业模式和创新项目促进经济社会发展的同时,也具有重要的现实意义和深远的社会效益。     

航空铆钉连接件的抗冲击性能

以分离式Hopkinson拉杆装置为基础,设计了特殊的铆接试验件,对MS20615铆钉的铆接结构开展了动态加载下不同加载角度、不同加载速率的力学性能试验。结合其准静态试验结果,获得了铆接结构在纯剪切、30°拉剪耦合、45°拉剪耦合、60°拉剪耦合和纯拉伸试验下的力学性能参数。试验结果表明,加载角度、加载速率对铆接结构的失效载荷与失效模式有显著的影响。在试验结果的基础上,使用有限元软件LS-Dyna建立了铆接结构的简化模型,对比了试验和数值模拟得到的铆接结构载荷-位移曲线,并对简化数值模型进行了网格相关性分析,验证了简化的铆钉单元模型的可行性。