航天器多功能结构的研究现状及其应用前景

减轻航天器的质量是21世纪航空航天技术发展的战略目标之一，发展多功能结构是实现轻质化，降低成本的重要技术手段且为航天器的设计提供了一种新的方法。多功能结构的核心是传统的机箱、电缆和连接器被柔性系统取代，印制配线板等航空电子设备被缩减为多芯片模块，并运用协作工程学的方法，把电的功能和热控制功能集成到航天器的壁（板）结构中。本文对国外先进复合材料多功能结构的研究现状进行了总结和评述，阐述了多功能结构的概念，基本组成以及各种类型多功能结构的特点及适用范围，并对复合材料多功能结构的应用前景和有待解决的问题进行了讨论。     

SRAM型FPGA的单粒子效应及TMR设计加固

宇宙空间中存在多种高能粒子,其辐射效应会严重威胁航天器中现场可编程门阵列（FieldProgrammable Gate Array,FPGA）器件工作的可靠性。文章研究了静态随机存储器型（Static Random AccessMemory,SRAM）FPGA中的单粒子翻转效应。理论计算表明,采用三模冗余（Triple Module Redundancy,TMR）设计方法可以有效缓解FPGA中的单粒子翻转问题。针对传统TMR设计方法的不足,提出了一种改进的TMR设计架构,并将该架构应用于某星载关键控制电路的设计中。文中的研究成果对SRAM型FPGA的空间应用有一定参考作用。     

磁极组合型无铁心永磁直驱风力发电机转子结构设计

Halbach阵列用在电机上有很多好处,但却造成成本上升,研究了一种适用于无铁心永磁直驱风力发电机的径向磁场磁极组合型Halbach阵列,阐述了该新型磁极的结构与优点。借助二维有限元分析方法,找到了利于实现Halbach阵列单边磁屏蔽能力磁极组合方式,并且优化了软磁材料的尺寸,确定了电机的极弧系数。与常规Halbach阵列相比,优化后的组合磁极型电机在保证一定气隙磁密的基础上,减少了永磁体用量,降低了电机成本。     

IMA平台分区分析方法研究

依照综合模块化航空电子系统（Integrated modular avionics ,IMA）平台的健壮性分区特点,IMA平台必须能够为驻留应用和驻留功能提供健壮分区隔离和其他保护能力,这些措施要允许多个驻留应用共享一个平台及平台上的资源,且自身的资源支持系统级分布功能在容错网络上运行。根据综合模块化航空电子系统开发指南与认证考虑RTCA DO-297标准中关于IMA平台健壮性分区、安全性以及认可证明数据的要求,本文对IMA平台分区分析展开研究,重点对IMA平台及其组件通用处理模块（General processing module, GPM）、航空数据网络ARINC664交换机和远程数据集中器（Remote data concentrator, RDC）进行分区分析方法的研究。给出每个组件的分区分析策略和目标,明确每个任务需要进行的活动,为IMA平台及其组件的健壮性分析、缓解潜在风险、安全性分析和认可提供充足的证据。     

基于可拓评价法的区域管制系统运行质量评估

在保证区域管制系统安全运行的前提下,提高区域管制系统的运行质量可以提高航路网的运输效率,减小航路的交通拥挤,而评价其运行质量水平为提高运行质量提供了理论依据,因此有必要对区域管制系统的运行质量进行评估.基于区域管制系统的运行过程,从区域管制服务的安全性、效率性选取了评估指标,构建了质量评价体系.在此基础上,采用可拓评价法建立了区域管制系统运行质量评估模型.算例分析验证了质量评估模型的可行性.     

一种多通道高隔离度毫米波发射组件的设计

随着雷达技术的发展,毫米波单片集成电路技术日趋成熟,小型化、轻量化、多功能的毫米波雷达在国内外得到了深入的研究和应用。为满足毫米波雷达的需求,设计了一种多通道高隔离度毫米波发射组件。采用普通FR4多层板实现电源和控制信号走线,其中功分器芯片、电容、电阻等器件装配在FR4多层板的表层;采用低损耗的Rogers 5880微波板材进行毫米波射频传输。为提高通道间和级联功放间的隔离度,进行金属隔墙处理,以获得更好的物理隔离。通过对腔体进行电磁仿真,使腔体的谐振频率高于工作频带。该组件质量仅为41 g,输出功率不低于35.5 dBm,发射效率大于16%,可应用于毫米波SAR和固态发射机等场景。     

一种雷达与电子侦察一体化多通道接收组件的设计

随着近年来现代电子技术的全面发展,针对射频前端单一器件模块级的小型化、高性能研究已初步凸显成效,但从系统层面出发统筹考虑设计低成本、高性能、小型化综合电子系统的研究报道还很少。从雷达和电子侦察基本工作原理出发,根据雷达和电子侦察各自的指标要求,对组件的链路和结构进行设计,提出了一种12通道的雷达与电子侦察一体化接收组件,给出了实物指标测试结果,所有通道噪声系数均小于3dB,雷达接收通道增益均在45±2dB,镜频抑制大于60dB;电子侦察接收通道增益大于20dB,相邻通道间的隔离度大于40dB。此次设计对未来实现更复杂的低成本、小型化高性能综合电子系统有重要意义。     

空间环境下COTS计算机的抗SEU容错体系结构设计

针对空间辐射环境下的单粒子翻转效应,结合COTS器件的特点,介绍了一种空间环境下COTS计算机的嵌入式解决方案,并结合应用的要求给出了抗SEU容错体系结构的设计方案—基于COTS器件的多级容错结构。文章分别从芯片级、模块级和系统级3个容错粒度展现了空间计算机容错体系结构的设计思路,最后还利用了混联模型分析并计算了系统的可靠度指标。     

航天器舱内气体对流换热的地面模拟试验方法

对航天器舱内气体对流换热的地面模拟试验方法进行了系统地理论分析,包括热缩比模型法、降压法和浓度比拟法三种。分别给出了各种方法的相似律或相似准则及其应用的约束条件,并从原理上定性比较这三种方法的优缺点。分析表明,热缩比模型法在保持Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数不变的前提下可明显减弱自然对流的影响,但这种方法不能用于工程原型;降压法可用工程原型进行模拟试验,但不能用于液体流动问题;然而这两种方法的共同缺点是都不能完全消除自然对流;浓度比拟法理论上可以完全消除自然对流,但约束条件多,工程实现困难。     

组合体航天器智能协同姿态控制研究

组合体航天器在姿态机动过程中的各单体卫星承受的控制力是不均匀的,局部控制力过大将会导致组合链接断裂而失效。应用多体动力学理论建立了组合体航天器间的相互作用模型,对内力、内力矩与整星姿态、控制力矩之间的关系进行了分析;仿真了极端情况下的内力矩分布,其大小可能超过常用对接机构的力矩承受范围;采用粒子群算(PSO)法对控制合力矩进行优化分配,通过预设初值和继承初值来加快PSO算法的收敛速度,实时调整各星控制力矩分配比例,减小星间相互作用力,实现组合体航天器的智能协同控制,保证组合体航天器的连接铰不因受力过大而损坏。算法仿真和Adams软件验证分析表明,本文建立的相互作用模型可准确计算出星间相互作用力,提出的智能协同姿控算法可显著降低姿控过程中的星间内力,确保组合体航天器的安全。