星载SAR天线高稳定度指标分配方法研究

为研究大型星载SAR天线的高稳定度指标分配问题,根据天线在轨运行的实际环境设计了三种仿真工况,运用ADAMS对SAR卫星天线进行多体动力学分析,并提出运用概率法对指向精度进行合理分配。结果表明:在具有相同有效载荷且距离天线位置相对较近的部位施加扰动对SAR天线的指向精度影响较大,且影响程度由大到小依次为:隔振器扰动、CMG调姿扰动、SADA扰动。三个视角对天线指向精度的影响程度由大到小依次为:俯仰角、方向角、距离角。提高隔振器的隔振性能,减少有效载荷的扰动对卫星天线指向精度的影响,在多种成像模式切换的过程中加强对俯仰角的控制,可以有效地提高SAR卫星天线的成像质量,并为卫星总体选择合适型号的调姿机构提供帮助。     

星载薄膜天线人形杆单侧驱动机构设计与试验研究

面向星载大口径薄膜天线在轨展开需求,开展高型面精度、大口径、轻量化和大折展比的空间薄膜天线人形杆折展机构创新设计及其动力学特性研究.提出一种带有径向预紧的人形杆单侧驱动机构,通过一个电机同时驱动滚筒和丝杠运动,当人形杆完全展开时径向预紧机构得到触发,实现人形杆根部的夹紧,从而提高整个薄膜天线展开状态的刚度和型面精度.对...     

基于空间轴承寿命预测的预紧力优化分析

以航天机构中的精密轴系为研究对象,构建了空间轴承寿命预测的数学模型,提出适宜于固体润滑轴承初始预紧力优化的方法,为其预紧力的设计和选择提供理论指导。基于滚动轴承的运动学、拟静力学和Archard磨损模型,综合考虑支撑刚度和润滑膜抗压极限强度要求,确定了预紧力的许用范围。以使用寿命最长为优化目标,优化了空间轴承71807C的初始预紧力。研究结果表明:空间轴承初始预紧力的选择范围为70 N~200 N;在磨损过程中,磨损深度和残余预紧力相互影响、相互作用;基于使用寿命最长的优化目标,优化得到156 N的初始预紧力为精密轴系组件的最优预紧力,并探究了不同预紧力下空间轴承的失效机理。     

压电驱动器可控预紧力主轴设计及性能分析

可控预紧力主轴能够满足高速主轴在整个切削转速范围内热、动特性兼优的要求，已逐步成为智能主轴的重要发展方向。为弥补压电驱动器（piezoelectric actuator, PEA）可控预紧力主轴设计及选型方面的不足，提出一种具有分辨率高、响应快、对切削刚度影响小及结构紧凑等优点的PEA可控预紧力主轴结构。建立了静止状态和运行状态下的角接触球轴承刚度模型，并以此为基础建立了PEA可控预紧力主轴的等效力学模型，得到了预紧机构负载刚度随预紧位移的变化规律。然后，分析了PEA的输出特性，建立了预紧机构的实际输入输出模型，并通过该模型分析了初始预紧力和PEA刚度对预紧力控制区间的影响规律，进而提出了预紧机构设计选型原则。最后，应用提出的主轴结构和预紧机构设计选型原则设计了PEA可控预紧力主轴试验台。试验结果表明预紧力控制分辨率为1.5 N，阶跃响应时间为300 ms，验证了所建预紧机构实际输入输出模型的准确性；温度控制试验结果表明该主轴试验台具有良好的温度调控能力。研究结果可为实际工程中PEA可控预紧力主轴的设计提供指导。     

碳纤维增强树脂基复合材料预紧力单齿接头的静态及疲劳性能试验

通过试验研究了预紧力、齿长和载荷水平对碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）预紧力单齿接头（PTSTC）静态和疲劳性能的影响。试验结果表明:CFRP PTSTC的疲劳极限承载力可以达到静态极限承载力的80%~85%,与螺栓等传统连接方式相比,其疲劳性能具有一定优势;预紧力可以显著改善CFRP单齿接头的静态和疲劳性能;CFRP PTSTC的静态极限承载力随齿长增加而升高,但是在相同载荷水平下增加齿长不一定可以延长接头的疲劳寿命,尤其是在低载荷水平下齿长增加反而会缩短疲劳寿命;在加载初期,PTSTC的疲劳裂纹快速萌生,之后扩展缓慢,在接近破坏前的几次循环中又骤然增大,预紧力可以减缓疲劳损伤的累积速率;疲劳过程中PTSTC的刚度衰退不明显,在前95%疲劳寿命阶段仅下降1%~4%,预紧力也可以减缓刚度的衰退速率。所得研究成果可为复合材料接头抗疲劳设计提供参考依据。      

轴向预紧作用下的组合转子轴系模态特性研究

组合转子轴系结构是空天动力装备中发动机转子系统的主要结构,由于轴系中各部件接触面的存在使得转子系统动力学特性难以准确掌握,当涉及转子工作转速裕度时会产生一定的设计风险。针对组合转子轴系单主轴多部件轴向预紧结构特点,考虑转子不同接触面之间非线性连接参数,提出一种综合利用薄层单元和零长单元建模的两步模型修正方法,采用基于响应面优化的静态结构非线性分析以及基于随机统计学模型的粗糙表面接触分析进行薄层单元材料参数以及零长单元接触刚度系数识别,建立组合转子轴系动力学模型。根据某型发动机氢涡轮泵转子结构特点设计制造转子试件,对其自由模态进行试验研究,得到了不同螺纹预紧状态以及轴向预紧作用对组合转子轴系前两阶模态特性的影响。对比试验数据可知所提模型优化方法可以很好地反映出不同轴向预紧作用下组合转子轴系前两阶模态频率的变化趋势,在转子模态参数线性变化范围内计算误差小于1%,验证了该方法的正确性和有效性,为组合转子轴系精细化建模提供了参考依据。     

中继卫星在轨控制技术研究

针对中继卫星轨道、姿态和天线指向控制高度耦合的特性,研究了适应中继卫星特性及工作模式的在轨控制技术.分析了地球形状、太阳光压、日月引力等中继卫星轨道摄动;在此基础上,设计了中继卫星平台控制中的东西、南北位置保持环和控制策略;并在考虑轨道、姿态限制基础上,建立了中继卫星天线指向控制计算模型,分析了天线指向控制模式及捕获跟踪控制流程;从而从卫星平台控制和天线指向控制两个方面研究了中继卫星在轨控制技术.     

垃圾压缩设备中密封结构与压缩机构的改进

现有移动式垃圾压缩设备的后门密封结构寿命不长,压缩机构摩擦阻力大、厢体磨损快,容易造成滴洒漏的情况。针对上述问题,对密封结构和压缩机构进行了改进,并通过受力分析对设计改进进行了验证。     

不同工况下含间隙铰链接触碰撞力特性研究

为了更加准确地研究不同工况环境对含间隙铰链接触碰撞力的影响,以提高空间机构的运行及空间指向精度,基于分型理论、Lankarani-Nikravesh模型及宏微观理论,考虑摩擦与微凸体间的阻尼等因素,得到了新的含间隙旋转运动副元素间接触碰撞力模型,并通过试验验证了该模型的正确性.采用单一因素试验法,研究了转速、间隙、不同...     

旋转型超声电机在冲击环境下的失效模式研究

随着超声电机在武器系统中的应用,研究分析冲击环境下电机的失效模型,为超声电机应用在武器系统等高过载环境中提供意见与建议变得十分具有意义。分析了电机中关键部件在冲击载荷下可能存在的失效模式:压电陶瓷的断裂与脱胶;定子的塑性变形引起工作频率的漂移;定转子的塑性变形和预紧力机构中紧固螺栓的松动引起预压力的减少甚至消失。通过动力学仿真对超声电机各个部件的受力情况与应力波传递过程进行分析,分析结果显示预紧力机构是整个结构中最容易被损坏的部分。通过空气炮对超声电机进行冲击过载实验,当冲击过载达到26 546g时,超声电机中用于施加预紧力的螺栓松动,预紧力结构失效,其它结构部件没有发生明显损坏或变形。研究结果为超声电机应用于武器系统等高过载环境中提供理论依据与改进意见。     

Power versus stabilization for laser satellite communication.

To establish optical communication between any two satellites, the lines of sight of their optics must be aligned for the duration of the communication. The satellite pointing and tracking systems perform the alignment. The satellite pointing systems vibrate because of tracking noise and mechanical impacts (such as thruster operation, the antenna pointing mechanism, the solar array driver, navigation noise, tracking noise). These vibrations increase the bit error rate (BER) of the communication system. An expression is derived for adaptive transmitter power that compensates for vibration effects in heterodyne laser satellite links. This compensation makes it possible to keep the link BER performance constant for changes in vibration amplitudes. The motivation for constant BER is derived from the requirement for future satellite communication networks with high quality of service. A practical situation of a two-low-Earth-orbit satellite communication link is given. From the results of the example it is seen that the required power for a given BER increases almost exponentially for linear increase in vibration amplitude.     

空间多光谱成像的旋转滤光轮机构动力学试验研究

分时获取不同谱段的光谱信息是空间多光谱成像的前提。为了满足卫星相机多光谱成像中的光谱细分要求,设计了一种高精度、高稳定性分光器装置,通过周边安装的步进电机驱动大尺寸角接触球轴承实现滤光片频繁的切入切出运动。采用数值模型与模态试验方法验证机构的动力学特性,根据正弦扫频及随机振动试验分析滤光轮机构在卫星发射阶段的有效性,一种地面微振动试验用以描述滤光轮机构的在轨稳定性。数值分析与试验结果表明,旋转滤光轮机构满足发射安全性与在轨稳定性需求。这类周边驱动大尺寸薄壁轴承的新型旋转滤光轮为大口径卫星相机的空间应用提供了一种新途径。     

面向控制的变构型航天器柔性耦合动力学建模与仿真

对于带有大型可展开天线的通信卫星,其天线展开期间全星属于典型的变结构、变构型、变参数和变质心系统。该文采用加载模态综合-混合坐标法建立了这类星载天线展开过程各类运动工况的天线和整星两级控制的柔性耦合动力学方程,以及任意构型工况的全星柔性模型,通过典型算例仿真及惯性完备性检验,表明该文研究工作具有工程实用性和有效性。     

精密轴承的预紧力定位包装研究

目的解决精密轴承现有包装在运输过程中受到振动和冲击影响易导致其接触面间的表面质量下降的问题。方法提出了一种刚柔结合的精密轴承包装方法,通过预紧力定位装置消除轴承滚动体与内圈两者间游隙,结合缓冲衬垫对包装件进行防护。通过应力-应变原理设计预紧力定位装置结构,并利用有限元软件模拟该装置与轴承相互作用的工作过程,研究该过程中轴承受力变化情况及预紧装置的力学表现。结果仿真结果显示定位装置对轴承施加预紧力后游隙消失,且轴承的弹性变形在可承受范围内。通过对整体包装件进行自由跌落试验,测得轴承受到的冲击加速度小于50G,并检测轴承接触表面无损伤。结论所提出的精密轴承包装方法能够对精密轴承提供保护作用。     

用于相位衬度CT成像的大型精密转台轴系设计与分析

针对X射线相位衬度CT（computed tomography,计算机断层扫描）成像的高分辨率、高稳定性要求,设计了大型精密转台。转台采用焊接结构和密珠轴系支撑,具有质量轻、阻力小、回转精度高的特点。介绍了转台轴系的结构设计和工艺路线,根据成像视野区允许的运动误差对轴系精度指标进行了分解。通过静态分析、惯性释放分析和模态分析研究了转台的静、动态性能并验证了其结构刚度的合理性,结合精度分析对轴系关键部件的几何误差进行了分配,误差综合结果满足指标要求。最后,对转台样机的轴系精度进行了检测,结果表明各项指标满足相位衬度成像要求。焊接结构的轻量化设计和轴系精度分析方法对大型转台轴系的研发具有一定的借鉴意义。     

螺栓连接对结构模态及传递特性影响研究

针对螺栓刚度及预紧力对装配体模态、传递函数影响较大而在设备装配中因处理困难常被忽略问题,利用有限元计算、试验结合对比方法分析、研究。用ANSYS软件预应力模态分析及谐响应分析对装配体进行仿真计算;对三种刚度螺栓分别施加相同预紧力,对钢制螺栓施加六组不同预紧力进行试验;分析对比计算值与试验值误差。结果表明,忽略接触阻尼的计算值与试验值存在最大误差约15%;同一预紧力时,随螺栓刚度的提高固有频率呈增大趋势,各阶频率的最大变形量随之增大;随预紧力的增大,结构传递函数趋于明朗化。     

四面体构架式可展天线展开过程控制及测试

为了减小展开过程中天线节点的速度、加速度以及天线对星体的冲击力,对四面体构架式可展天线进行展开过程动力学分析,并提出一种通过施加主动力来控制展开过程的方法．设计加工了口径为2 m的天线模型,在此模型的基础上,就所提出的控制方法进行试验测试.测试采用非接触式计算机视觉测量系统,通过自编MATLAB程序对视频跟踪所得数据进行处理和分析,得到展开过程中天线节点的速度和加速度.试验结果表明,通过所施加的控制方法,有效地减小了天线节点在展开过程中的速度、加速度,从而降低了天线对星体的冲击力,验证了控制方法的可行性．     

空间热载荷作用下星载天线耦合动态影响分析

为了研究空间热载荷对星载天线刚柔耦合多体系统的扰动,根据抛物反射面几何特征,采用壳体单元有限元离散化法,并考虑壳体厚度方向上的温度变化,建立了有限元列式的热传导方程;引入与应变能有关的耦合项,利用拉格朗日法推导了星载天线系统的大范围刚柔耦合动力学方程,研究了温度载荷对星载天线多体系统的动力学特性影响。仿真结果表明:空间热效应引起了动态的温度载荷,与结构变形发生耦合,诱发耦合颤振,加剧柔性反射面的弹性振动,造成卫星姿态和天线指向的扰动,严重影响了星载天线的指向精度。结论对星载天线指向精度的分析与控制具有重要的理论价值及工程实际意义。     

基于卫星导航信号模拟仿真法的北斗接收机导航精度校准测试

随着我国自主设计的北斗卫星导航系统稳步建设,北斗接收机相关技术取得突破,但当前北斗接收机校准体系尚不完善,相关测试方法亟待研究。本文提出卫星导航信号模拟测试法,通过多星座导航信号模拟器设计静态、动态等仿真场景模拟相关载体运动状态下真实的卫星信号,实现对北斗接收机在相关载体运动状态下导航精度的校准测试。该方法具有准确度高、简单易操作和重复性强等优点,可实现实验室条件下检测接收机性能。实验结果表明:北斗系统的定位和测速精度已基本接近GPS系统,但就系统的稳定性,北斗系统与GPS系统相比还存在一定差距。     

卫星导航接收机时延测定技术研究

利用卫星导航接收机进行高精度授时同步是一种简单有效的授时同步手段。导航接收系统时延的精确测量是进行高精度授时的前提,其输出秒脉冲信号的时延更是影响远距离授时、时间同步的关键。围绕卫星导航接收系统时延的测定,通过分析卫星导航接收机的时延构成及特点,建立了卫星导航接收机的时延构成模型,制定了便于操作的卫星导航接收机时延测定的方法,搭建了一套完整的卫星导航接收机时延测定系统,并对系统进行了标定和实验验证。