基于冲击响应谱变换的星箭力学环境等效频谱影响因素分析

介绍基于冲击响应谱变换和稳态放大系数的星箭力学环境等效频谱工程计算方法,给出冲击响应谱相对于正弦基础激励的瞬态放大系数近似解析公式,并结合典型星箭界面加速度时域响应数据分析力学环境等效频谱的影响因素。数值计算和理论分析结果表明：发射段低频力学环境瞬态效应明显,采用工程计算方法确定星箭力学环境等效频谱的结果受稳态放大系数取值影响较大——该系数取值的增大将使等效频谱幅值在整体上明显减小,频率分布特性也会发生变化。可见,目前工程上所采用的星箭力学环境等效频谱计算方法尚有不合理之处,后续应探索新的星箭力学环境等效频谱确定方法。     

带柔性附件的中心刚体的频率特性及实验研究

从力学基本原理出发,利用有限元方法建立了由中心刚体和柔性梁组成的这类卫星-帆板模型的动力学方程,研究了该系统的刚-柔耦合频率特性,详细讨论了刚柔刚度比K’和刚柔惯量比J’对系统的频率的影响.同时利用气浮台动力学全物理仿真测试实验平台,对该刚柔耦合系统进行了动力学测试,验证了理论模型及分析的正确性.理论研究和实验结果均表明,不同的K’和J’对系统的频率有较大的影响,并且系统的主导频率会发生转移.这些为卫星等航天器的设计提供了一定的依据.     

三轴定向充液卫星的姿态稳定性

本文建立了三轴定向充液卫星具有二维平动和二维摆动角的等效力学模型, 并用该模型研究了充液卫星的姿态稳定性, 得到了充液系统姿态稳定性的一个简明的解析判据。     

基于单胞代理模型的热弹性点阵结构优化方法

三维点阵材料是一种具有多尺度特性的新型轻质多功能材料，其有千变万化的微结构和高孔隙率，通过设计其细观尺度特征可以获得优良的宏观性能。为了发挥材料与结构的最大设计潜力，提出一种热弹性点阵结构优化方法。在材料细观研究尺度上，实现了三维点阵材料等效热弹性性能预测，利用周期性边界条件下的代表体元法进行数值求解，利用径向基函数代理模型构建细观结构和宏观材料性能的数学关系，并进行了预测误差验证，证明了所提方法具有良好的精确度。在结构宏观研究尺度上，建立了以等效材料填充的结构优化模型，考虑了热力载荷作用，以单胞等效性能代理模型作为材料插值模型，提出最小应变能热弹性点阵结构优化数学模型。在典型三维算例中得到了细观结构变密度分布的优化结果，结构热刚度在一定体积约束下显著提高，证明了所提方法的有效性。     

基于低通等效的带通PSWF脉冲产生方法

椭圆球面波函数不存在闭式解,带通 PSWF脉冲信号的实时求解产生限制了 PSWF的应用。针对这一问题,从带通信号低通等效的基本原理出发,分析了带通 PSWF脉冲信号的低通等效形式；在此基础上,反向运用低通等效原理,给出了一种带通 PSWF脉冲重构产生方法,并用 FPGA对该方法进行了设计实现。这一方法将带通 PSWF脉冲信号的产生转化为其低通等效形式的产生,可有效降低信号产生的复杂度,该方法引入了正余弦变换,建立了非正弦 PSWF脉冲产生与正余弦变换技术之间的联系,为 PSWF脉冲的工程应用奠定了基础。     

非直通甲板舰船空气流场的结构化建模

舰船空气流场是舰载机起降安全的重要影响因素，其结构化建模是研究舰载机起降安全边界和起降动力学过程的重要支撑。直通甲板舰船的空气流场结构化建模问题已于20世纪80年代解决，并纳入MIL-F-8785C军用规范，得到了广泛应用；而非直通甲板舰船的空气流场结构形式更为复杂，近年来科研人员通过数值模拟、风洞试验或实船测量等方法开展了研究，但其结构化建模问题仍有待解决。本文的研究目的是探索非直通甲板舰船空气流场的结构化建模方法。通过对其流场结构、形成机理进行分析，采用流场特性频域分析和数据拟合方法，解析了流场的稳态、周期和随机分量，成功构建了流场结构化模型，并通过仿真验证了模型的有效性，初步解决了非直通甲板舰船空气流场结构化建模问题，得出了较为实用的结构化模型，有望为舰载直升机起降安全研究提供重要支撑，大幅减少机-舰动态配合试验的工作量，使机-舰组合风限图的制定更加高效，并为机-舰动态配合实时仿真奠定基础。     

基于考核目标等效的试验载荷处理方法

在全尺寸结构强度试验中，需将原始理论载荷转化为试验实施载荷，载荷处理的结果直接关乎着试验考核的真实性和有效性。传统的载荷处理方法基于载荷等效，载荷处理完成后再对比数值分析结果，这种开环的载荷处理方法遇到复杂结构和载荷时通常效率和精度都大打折扣。提出了一种基于考核目标等效的试验载荷处理方法，将数值仿真分析结合到载荷处理过程中，搭建一种载荷优化设计-试验态分析-考核目标评估的闭环架构，以结构目标响应为评估判据和优化目标，结合灵敏度分析、遗传算法等智能优化算法，搜索试验态载荷最优解，大幅提高了载荷处理的效率和精度。在此基础上，基于MATLAB GUI平台开发了载荷处理软件，模块化地实现了灵敏度分析、载荷-响应矩阵计算、载荷优化设计等功能。将基于考核目标等效的载荷处理方法成功应用到某飞机升降舵结构载荷处理中，实现了试验考核目标响应误差精准控制。     

侧壁开孔蜂窝夹芯结构的传热性能分析

针对侧壁开孔蜂窝夹芯结构，建立了蜂窝单元高温辐射-导热耦合传热模型，采用有限元方法分析了内部传热机制，获得了其高温等效导热系数。讨论了开孔形状、开孔参数、孔排布形式等结构参数对等效导热系数的影响，拟合得到了等效导热系数的计算关联式。研究表明：开孔形状对蜂窝单元等效导热系数几乎无影响；等效导热系数随孔隙率增大而减小，受开孔数影响较小。并联开孔相对于串联开孔时等效导热系数更低，孔隙率14%、孔数为4时等效导热系数比串联时小8.4%，相较于未开孔时降低16.1%。     

Ka频段双极化低剖面卫通相控阵天线

当前国内外低轨通信互联网星座发展迅猛，面向卫通天线跨星跨波束快速切换、低剖面应用需求，提出了一种Ka频段层叠式缝隙耦合双圆极化发射相控阵天线。基于多层PCB叠层瓦式架构，将天线层、电源与控制层、功分网络层和芯片层一体化集成。基于“双线极化天线+移相控制”设计实现左右旋圆极化及其极化切换，采用子阵相位旋转排布实现天线整阵二次圆极化。测试结果表明：天线工作频段为27.5~31GHz，29.2GHz处法向等效各向同性辐射功率值为16.5dBW，可实现±60°扫描，法向轴比＜2dB，左右旋圆极化可切换，天线子阵厚度3mm。相比传统砖式相控阵天线，大幅降低了剖面和重量，对卫通天线低剖面、波束快速切换等具有重要应用意义。