大型运载火箭部段自动对接装备及工艺流程设计

为实现中国新一代大型运载火箭部段自动化对接,设计了一套主要由测量系统、控制系统和执行系统组成的自动对接装备.首先介绍大型运载火箭对接系统的总体设计思路以及测量系统、控制系统、执行系统的组成和工作原理.随后介绍了测量系统和控制系统的工艺流程.测量系统工艺流程共包括联合建站、关联全局坐标系、获得产品位姿数据、活动部段特征点测量、实时位姿测量5个步骤;介绍了位姿控制的工作原理和各驱动轴的耦合性分析.最后,针对该部段自动对接系统,提出了对接准备、产品吊装与状态确认、自动对接、撤收的自动对接工艺流程.经实际验证,自动对接装备和工艺流程能够满足新一代大型运载火箭自动对接要求.     

长征五号运载火箭在线调姿规划方法

长征五号火箭末级飞行段采用迭代制导控制方式,程序角在线规划生成,终端程序角不再是标准弹道程序角.由于迭代制导程序角终端值不固定,传统火箭使用的转动固定角度的调姿方式不能适用,因此调姿段需要采用在线规划的调姿方式.提出"三通道程序角在线调姿规划"和"程序四元数在线调姿规划"两种在线调姿规划方法,分别对三通道程序角和程序四元数进行在线实时规划,实现了起始姿态不确定、终端姿态确定情况下的火箭调姿.     

导弹子母战斗部自动化总装系统

针对国内外导弹子母战斗部装配现状及问题,提出自动化装配总装系统方案.利用机器人视觉识别系统辅助机器人完成重要、高危和重复性的子弹药装填;采用激光打孔技术,通过机器人位置变化和刀具的自动更换方式实现蒙皮柔性快速制孔;利用激光雷达系统实现导弹子母战斗部舱段在线实时测量;采用AGV小车进行导弹子母战斗部快速转运、对接.结果表明,该方案能显著提高导弹子母战斗部自动化装配生产效率和本质安全度.     

航天器交会对接位姿测量最优估计

航天器间的相对位姿确定是航天器编队飞行、交会与对接、捕获与维护等重大航天任务的关键技术之一．基于图像信息的相对位置与姿态的确定是解决航天器相对位置与姿态确定问题的有效方法．本文中采用四元数来描述航天器相对姿态,建立目标航天器的特征光标点的物理坐标和对应的图像点图像坐标之间的数学模型,并利用信赖域算法求解该非线性优化问题．仿真结果表明了该算法的有效性和可靠性,证明该算法能够满足交会对接航天器之间位置与姿态的测量精度的要求．     

单机十表冗余惯组故障后重构最优估计研究

对于单机十表冗余惯组故障后的重构估计,提出一种结合可靠性和精度的重构策略,基于该策略,提出一种在线重构估计方法,对在故障诊断中常用的校验方程残差进行分析;通过时间序列分析的方法确定噪声结构,用卡尔曼滤波对其进行在线估计,估计结果作为重构模型估计精度指标的评价;采用滤波补偿的方法对故障表进行分析计算,该方法绕过了对各轴传感器噪声的估计,直接对投影定理推导的重构模型误差进行分析。仿真结果表明,该算法对传感器精度未知的情况有较强适应性,并有较高精度。     

基于柔性直角坐标机器人的火箭连接器自动对接过程分析及试验

为提高运载火箭发射准备流程安全性、可靠性以及保障性,实现地面连接器与运载火箭上接口的自动对接,首先分析了连接器自动对接技术的应用背景及技术需求特点,提出由检测系统、控制系统及柔性位姿调整系统组成连接器自动对接技术方案;然后结合工业机器人的机构形式及特点分析,设计一种基于柔性直角坐标机器人的连接器自动对接系统方案,并研制柔性直角坐标机器人式自动对接试验系统;最后开展在箭上接口不同运动规律下的连接器自动对接试验。试验结果表明：该柔性直角坐标机器人正常实现了连接器的位姿调整功能及与箭上接口的同步随动功能,并准确、可靠地完成了连接器与箭上接口的自动对接、分离流程。     

新一代某型运载火箭捆绑机构对接特性研究

通过理论分析,得到新型运载火箭捆绑机构的对接特性,探讨了助推器与芯级对接距离与拉力的关系、周向可对接的范围,以及对接操作对于吊装精度、助推器姿态的需求。试验验证了理论分析的正确性,通过实际操作中出现的特殊现象,修正理论可对接范围值,保证试验操作模式的便捷有效。为新一代捆绑火箭的研制提供依据和参考,以保障超重型助推器顺利吊装对接及其全程安全。     

组合动力运载器返回段轨迹设计建模研究

为克服当前已有升力式航天器再入模型的不足,建立适应于下面级组合动力运载器的返回段轨迹设计模型,对下面级组合动力运载器返回段轨迹特点和设计难点进行了分析,并针对此类飞行器返回过程中初始状态散布大、返回过程需进行机动转弯和冲压模态动力巡航、各阶段轨迹设计要求各异的问题,在转弯段以运载器速度为积分变量,通过引入方位-视线角偏差标志转弯终点,能够有效处理组合动力运载器返回过程各类约束。该模型计算结果符合组合动力运载器返回段轨迹特点和任务需要,能够满足此类运载器返回段轨迹设计要求。     

某加注连接器位姿补偿机构设计及优化

针对自动对接和随动过程中连接器对接装置与箭体之间产生的位姿偏差问题,设计了一种连接器位姿补偿机构,并对机构的弹簧参数进行优化设计。验证了该机构满足对接要求的相关技术指标,在此基础上,建立需要优化的设计参数、优化所需目标函数;利用ADAMS/View软件提供的优化计算方法,分析了各设计参数对目标函数的影响,确定一组合理的弹簧设计参数。研究结果表明:该机构能很好地满足自动对接要求,实现对接装置与箭体之间的位姿补偿。     

基于立体视觉的非合作航天器超近距离相对导航

为实现空间中无法直接获取位姿信息的非合作航天器的相对导航,在充分考虑目标星在空间中做自由翻滚的前提下,提出一种基于立体视觉的超近距离非合作航天器相对导航理论。根据相对位姿动力学模型推导其状态方程,利用立体视觉系统提供观测数据,在此基础上设计扩展卡尔曼滤波器,确定目标卫星相对于追踪星的相对位置,相对速度和角速度,从而优化和引导机械臂捕获目标航天器,并通过实例进行仿真验证。仿真结果表明:该方法对相对位置的估计精度优于0.01 m,相对姿态精度优于0.02?,能有效提高超近距离非合作航天器相对导航的精度。     

空间运输系统模块化方案设计

由于不同航天器功能不同,其平台构型和产品组成均不相同,货物运输航天器由于货物种类不同,也难以通过单一平台实现,空间运输航天器在研制成本、研发周期和可靠性方面劣势明显;针对上述情况,汲取美国、欧洲、日本、俄罗斯空间运输系统的模块化设计思想,在分析空间飞行器对载人往返运输、物质补给运输多任务需求的基础上,提出在当前飞行器基本构型上发展系列空间运输航天器的思路;开展了该系统的标准模块、标准舱段的识别,提出了满足不同功能和性能的载人运输、物资运输、可返回运输等任务的模块配置和舱段组合方案,目前已初步应用于某型号航天器研制工作,可实现降低成本、缩短研发周期、提高可靠性的空间运输。     

机动方舱液压系统设计

军用机动方舱中,将液压系统载荷视为稳定静载荷.液压泵采用定量泵,电磁阀使液压马达实现正反转,使方舱可前后移动.或使支腿油缸伸出与收回,完成方舱的支立和落位.液压马达的锁定保证方舱水平方向稳定,支腿油缸的锁定实现方舱垂直方向的稳定.溢流阀防止因故障导致系统压力的非正常升高而损坏元件.     

水下接触爆炸下舷侧防雷舱吸能结构形式试验研究

为探究夹芯结构在水下舷侧防雷舱中应用的可行性,比较了不同结构形式防雷舱的变形吸能特性。设计了4种不同吸能结构形式的防雷舱,并分别开展了300 g TNT水下接触爆炸毁伤试验。通过对比分析防雷舱内部舱壁板的变形破坏情况发现：以液舱内壁柔性大变形进行吸能的结构形式,边界必须有强支撑结构,支撑不足时难以发挥薄膜拉伸吸能效果;利用液舱内壁-弧形板-吸能舱内壁整体变形吸能的吸能舱夹芯结构形式,弧形板在为液舱内壁提供有力支撑的同时还可随液舱内壁共同变形吸能,有效提高防雷舱的防护能力;进一步在弧形板间添加泡沫铝,未能取得更好的防护效果;弧形板前移至液舱的夹芯结构形式,弧形板的设置导致水中能量未能充分耗散至整个液舱,能量的汇聚致使内部舱室产生了更严重的破坏。     

舱内设备对爆载荷毁伤效应影响的对比分析

舰艇舱室内常按其功能要求安装布置有不同的设备,目前舱室内爆毁伤相关研究主要关注毁伤元对无设备舱室结构的毁伤,而很少考虑舱室内设备对于毁伤效应的影响。基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了带加强筋舱室模型,分别分析了没有安装设备、安装一台设备和对称安装两台设备等三种工况的舰艇舱室,在受战斗部装药内部爆炸载荷作用时舱室结构和设备机柜等效物的毁伤情况,对比分析了设备对毁伤效应的影响。通过对比分析三种工况下毁伤过程、测点压力变化及舱壁飞散速度的结果表明,爆炸发生后,受设备遮挡作用,不同数量的设备将对舱室内部流场分布及角隅部位冲击波的汇聚产生影响,降低了舱室内的最大超压值、改变了最大超压出现的位置,使舱室结构的破坏过程发生变化。     

基于矢量控制的开架式水下机器人

为提高水域垃圾清理工作的效率,降低人力劳动成本,设计一种集清理水面及水底垃圾于一体的多功能 水中机器人。该机器人装有能够控制开关舱门的垃圾收集装置以储存收集到的垃圾;搭配的五轴机械臂可完成水面 下垃圾的定点清理;设计有能够在纵轴和周轴方向转动的矢量推进器;并配备有传统锂电池系统和新型铝-水电池系 统。结果表明：该机器人水中的姿态更加平稳,可在不同水域下工作。     

军用车辆动力舱排风控制研究

在分析军用车辆动力舱排风系统温控技术缺陷的基础上,提出并设计了排风系统电控技术,根据液力耦合风扇工作特点,通过电信号控制电控流量阀开度调节机油流量,控制液力耦合器充油量,实现多参数智能化自动控制风扇转速,使风扇排风量满足车辆动力系统冷却散热要求,二者达到实时最佳匹配,有利于节能和提高冷却效率.推导并试验测试了相关电控参数.     

基于视觉引导的弹部件高效自动排序技术

针对延期体、枪弹弹壳、弹头等弹部件的高效自动排序需求,基于视觉引导的工业并联机器人自动抓取 系统进行自动排序技术研究。通过机器视觉自动识别弹部件位置,引导并联机器人抓取工件后自动调整工件姿态并 快速排序放置。运用该视觉引导排序技术的枪弹装配及延期雷管装配自动生产线已投产。结果表明：该排序方式效 率高、漏装反装失误率极低;柔性化水平高,可适应不同长度、外形的弹部件;生产线的整体效率和运行可靠性大 幅提高。     

航天器紧固件机器人自动安装系统

针对航天器上螺纹连接紧固件的自动化安装需求,设计一套紧固件机器人自动安装系统。介绍了紧固件 机器人系统各部分的构成及设计原理,采用工业机器人带动紧固件到安装位置,通过压缩空气吹气将螺钉输送至安 装位置,利用气动滑台实现螺钉的压紧,使用电动扭力枪实现螺钉的拧紧,并通过紧固件安装实验进行验证。实验 结果表明,该系统达到了航天器紧固件安装的力矩控制的精度要求。     

同步阀数字化设计技术

为解决同步阀传统设计过程中研发周期长、设计效率低、投入成本高、精度低等难题,设计同步阀数字 化设计系统。该系统集成了多种CAD/CAE/CFD 软件,通过应用同步阀参数化设计流程、3 维参数化自动建模、3 维模型自动装配等关键技术,以及对同步阀整体结构参数进行优化设计实现了同步阀的设计、优化、仿真等数字化 流程,并通过关键技术设计验证了系统在不同类型同步阀设计方面的可行性。验证结果表明：该系统不但大幅度提 升了同步阀设计效率,而且也为其他产品数字化设计提供了理论经验。