充气薄膜桁架的协同折叠设计及展开过程仿真

充气薄膜桁架结构可应用于大型空间充气薄膜航天器的展开部件和支撑结构。研究了充气薄膜桁架结构的协同折叠设计方案,首先推导了蒙皮结构的折叠状态几何公式,然后设计充气桁架的折叠方案,以几何适应于蒙皮结构折叠状态。建立了协同折叠设计方法,并得到了参数化模型。方案实现了横向和纵向同时折叠,横向折叠率为2.67,纵向折叠率为8.82。基于改进的弹簧-质点系统,完成了充气薄膜桁架结构的充气展开动力学仿真,得到了展开动力学行为和参数。仿真结果表明展开过程平稳可靠,未发生各构件间的物理干涉,从而评估了协同折叠设计方案的合理性,为此类结构的工程应用提供了技术支撑。     

加筋锥壳结构分析

本文将壳体微分方程的数学解算过程与其解的物理意义联系起来,结合结构力学中的力法概念,使求解的微分方程分成两组比较简单的形式;一组只求膜解,另一组只求齐次解。这种思路对于一般形式的薄壳均适合。因为锥壳在工程上应用最广,故本文以锥壳为例,列出了锥壳在各种常见的荷载下的计算公式,并应用上述的概念来解算组合锥壳的问题,使原来十分复杂的问题大为简化。     

由溶胶-凝胶法制备的La2NiO4+δ支撑透氧膜

采用配合物溶胶－凝胶法制备了具有透氧性能的类钙钛矿结构La2NiO4 δ材料，XRD实验表明为单一相，讨论了控制溶胶－凝胶过程的条件，成功地制得了均匀澄清的稳定溶胶和稳定凝胶，采用Al2O3多孔陶瓷为支撑体，用上述溶胶制备了支撑致密透氧膜，结果表明在孔径为0．2μm的多孔Al2O3陶瓷片上制备的支撑膜比较理想，膜的厚度约为35um，透氧实验结果表明，该支撑膜比传统方法制备的同种材料无支撑膜有更好的透氧性能，由于膜内部的离子传输过程是制约透氧通量的主要因素之一，而支撑膜的厚度远小于无支撑膜，较薄的膜减少了离子在固相中的传输距离，有助于加快这一传输过程，从而可获得较高的透氧通量。     

两种直升机多舱油箱惰化系统代偿损失比较

针对某型直升机多舱油箱,设计了冷却空气控温和燃油热沉控温的 2种多舱油箱惰化系统。基于 AMESim平台搭建了这 2种系统模型,研究了这 2种系统的控温效果和各舱油箱参数变化规律,并且引入代偿损失指标对这 2种系统性能进行评估。仿真结果表明:2种惰化系统均能控制膜前温度维持在 90℃;燃油热沉控温的多舱油箱惰化系统在整个飞行过程中,各舱油箱中最高燃油温度小于 32℃,没有超过许用限制;对于直升机而言,由于油箱相比大型客机而言体积较小,通过计算可得,冷却空气控温的多舱油箱惰化系统的燃油代偿损失小于燃油热沉控温的多舱油箱惰化系统的燃油代偿损失。仿真结果为多舱油箱惰化系统的设计和优化提供了参考依据。     

Durability characterization of mechanical interfaces in solar sail membrane structures

The construction of a solar sail from commercially available metallized film presents several challenges. The solar sail membrane is made by seaming together precut lengths of ultrathin metallized polymer film into the required geometry. This assembled sail membrane is then folded into a small stowage volume prior to launch. The sail membranes must have additional features for connecting to rigid structural elements (e.g., sail booms) and must be electrically grounded to the spacecraft bus to prevent charge build up. Space durability of the material and mechanical interfaces of the sail membrane assemblies will be critical for the success of any solar sail mission. In this study, interfaces of polymer/metal joints in a representative solar sail membrane assembly were tested to ensure that the adhesive interfaces and the fastening grommets could withstand the temperature range and expected loads required for mission success. Various adhesion methods, such as surface treatment, commercial adhesives, and fastening systems, were experimentally tested in order to determine the most suitable method of construction.     

机载中空纤维膜富氮性能实验

通过建立机载中空纤维膜环境模拟性能实验平台,对与国内某技术中心合作研制的机载中空纤维膜进行了系统的环境模拟性能实验及分析.实验结果显示:①渗余富氮空气氧体积分数随输入空气压力的上升而下降,随输入流量的上升而上升,而与输入空气温度基本无关;②渗余富氮空气氧体积分数随富氮空气流量的上升而上升,且输入空气压力低时明显;③海拔高度对机载中空纤维膜富氮性能基本不影响,仅启动时渗余富氮空气氧体积分数略有下降.通过采用多元回归方法,得到有一定普遍意义的机载膜富氮性能公式.      

中空纤维膜机载制氮装置的数学建模分析

建立了考虑浓差极化现象的微分方程数学模型,并用正交配置法求解,对中空纤维膜机载制氮装置(OBIGGS)进行了分析,并对部分状态点的计算结果进行了实验验证.结果表明:富氮气体(NEA)中氧气的质量分数随着进气温度的升高而降低,在达到最小值后又呈上升趋势;在进气与排气压力差保持不变的情况下,随着中空纤维膜排气压力的下降,中空纤维膜的富氮气体质量流量逐渐增加;随着中空纤维膜丝长度的增加,丝内气体的压降和富氮气体质量流量均有所增加;中空纤维膜空气分离制得的富氮气体质量流量越大,则所需进气的质量流量越大,且富氮气体氧气质量分数越高.      

太阳帆航天器的关键技术

将太阳帆航天器所涉及的关键技术划分为4个方面：总体设计、轨道和姿态动力学与控制、太阳帆材料及其性能、太阳帆折叠与展开。针对每项关键技术,基于对国外长期研究结果进行分析并阐述主要技术特征,梳理国内相关研究进展,包括笔者与合作者的研究成果,分析存在的主要问题。根据上述分析,指出我国发展太阳帆航天器应该重视的若干问题。     

静止轨道光学成像卫星研究现状及建议

本文分别对美国及欧洲的静止轨道高分成像卫星发展路径进行详细分析,其中美国主要发展由NASA提出的基于衍射成像原理的薄膜光学成像卫星;欧洲主要发展由ESA提出的地球静止高分辨率任务(Geostationary High Resolution Mission, GEO-HR),GEO-HR包含三个项目:GEO-Oculus(孔径1.5 m,分辨率10m); Astrium GO3S(孔径4m,分辨率3m);光学合成孔径系统(合成孔径7m,分辨率2m)。最后,根据美国及欧洲的静止轨道成像卫星发展的路线,结合我国静止轨道卫星发展现状,分析地球静止轨道高分辨率成像卫星的发展趋势及启示。