航天器多层隔热组件薄膜受力均匀性

航天器在发射迅速泄压过程中,多层隔热组件的薄膜受力均匀与否是判断隔热组件是否失效的关键指标之一。在一定压差环境下,若每层隔热薄膜受力不均匀,则某一层薄膜会因承受较大流体压力而失效。该文以多层隔热组件受力均匀性指标展开研究,建立多层隔热组件三维切片模型,采用计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)方法,分析了多层隔热组件在泄压过程中各级薄膜的受力情况;提出了薄膜压差系数,该系数是体现薄膜受力均匀性的关键指标;采用正交实验设计,分析了多项结构参数对薄膜压差系数的影响规律。结果表明：结构参数对薄膜压差系数的影响程度从大到小分别为薄膜孔直径、薄膜层数、错孔距离和薄膜厚度。该文提出了一种计算薄膜压差系数的数学解析方法,通过将该数学解析方法与CFD方法的计算结果进行对比分析,发现该方法更准确。该数学解析方法可用于快速计算多层隔热组件薄膜压差系数,为判断多层隔热组件薄膜在航天器发射过程中的受力均匀性提供依据,对避免多层隔热组件失效具有重要意义。     

航天器挠性梁伸展动力学特性数值分析

利用动量矩定理推导出带挠性伸展梁航天器的姿态动力学方程,推导了梁质量微元的动力学方程．在梁等速伸展的情况下对动力学方程进行变换,通过Runge-Kutta积分法得出了数值解．结果表明梁等速伸展时,其振动的振幅随其长度的增长而增大;随航天器初始姿态角速率的增大而增大;随伸展速率的增大     

“嫦娥五号”将去月球取样啦

"嫦娥五号"将去月球啦!它将是我国首个实施月面取样返回的航天器,要去采集一些月壤带回地球,让科学家研究。月球表面,有一层比较厚的"土壤",叫月壤。从月球取月壤返回,是对航天器研制、运载、发射、测控、地面各系统能力的综合考验,美国和苏联已完成。1969年7月16日,美国发射"阿波罗11号",第一次实施载人登月。当月20日,"阿波罗11号"在静海着陆成功。当月24日,"阿波罗11号"带回了21.55千克月壤。     

采用Kagome夹心板的航天器仪器安装板振动控制

为了实现航天器仪器安装板的振动控制,建立了采用Kagome夹心板制作的仪器安装板的有限元模型,并选用一种圆柱形黏弹性阻尼器,通过Biot模型建立了该阻尼器的有限元模型;计算了各阶模态中Kagome平面桁架的模态应变能在结构总模态应变能中所占的比例,将其作为模态可控度,再结合给定载荷情况下的模态位移来确定需要控制的模态,由此提出了一种利用模态应变能比来控制多模态振动的阻尼器布置方案.特征值分析及时域响应数值模拟表明,该阻尼器布置方案只需使用很少数量的阻尼器,便可以显著增加较宽频带内所有模态的阻尼比,而且对于其他模态的振动也有一定的抑制作用.     

航天器交汇对接电位控制研究与航天器电位监测

 低轨航天器间的电位差异是航天器交汇对接面临的一个重大安全问题,分析了低轨航天器在电离层等离子体中的充电机制,并给出了等效物理电路模型。在此基础上分析了国际太空站的主动电位控制原理和方法,并针对航天器交汇对接中的电位控制问题给出了2种新的解决方案。最后,提出了航天器交汇对接中的电位监测方案,即由朗缪尔探针和表面电位探测器组成航天器电位监测包。     

自旋挠性航天器非约束模态动力学特性研究

在研究挠性航天器动力学问题时,关注的问题是挠性航天器系统的刚柔耦合作用问题,即航天器挠性附件的振动可能会造成航天器运动失稳。针对中心刚体-双侧大挠性结构的自旋航天器,提出了航天器帆板结构的梁式简化模型,建立了一种非约束模态动力学模型。本研究考虑受到万有引力作用,探讨自旋挠性航天器非约束模态的动力学建模及动态特性。首先利用欧拉方程和哈密顿原理建立了自旋挠性航天器动力学方程,方程解释了刚性模态和弹性模态之间的耦合;然后进行了模态离散化,分别在约束模态和非约束模态下对特征值问题开展研究,对频率和相关振型进行了定量比较;最后进行了数值仿真,求解了自旋挠性航天器非约束模态特征值问题,比较约束模态与非约束模态之间的差异,并用有限元进行验证,得到了随着梁长度的增加,即刚柔惯量比、质量比的减小,非约束模态比约束模态更加准确的结论。     

空间机器人捕获航天器后基于无源性理论的鲁棒镇定控制

研究了漂浮基空间机器人捕获非合作航天器过程对系统产生的冲击效应及其后联合体系统镇定运动的控制问题。为此,利用拉格朗日方法及牛顿-欧拉法分别获得了捕获前空间机器人及目标航天器的动力学模型;结合动量守恒定律、系统运动几何关系及力的传递规律,分析了捕获过程相互碰撞所产生的冲击效应,建立了捕获完成后两者联合体的系统动力学模型。在此基础上,针对同时存在不确定参数及外部扰动的联合体系统,设计了基于无源性理论的镇定运动神经网络H_∞鲁棒控制算法。本文提出的基于无源性理论设计的鲁棒控制算法具有良好的动态特性及较强的鲁棒性,可快速完成系统的镇定控制,实现轨迹的精确跟踪。系统数值模拟仿真验证了本文控制方案的正确性。     

Nonlinear dynamics of a cracked rotor in a maneuvering aircraft

The nonlinear dynamics of a cracked rotor system in an aircraft maneuvering with constant velocity or acceleration was investigated, The influence of the aircraft climbing angle on the cracked rotor system response is of particular interest and the results show that the climbing angle can markedly affect the parameter range for bifurcation, for quasiperiodic response and for chaotic response as well as for system stability. Aircraft acceleration is also shown to significantly affect the nonlinear behavior of the cracked rotor system, illustrating the possibility for on-line rotor crack fault diagnosis.     

中心舱体与薄壁梁刚-柔耦合系统的热弹性-结构动力学分析

空间柔性结构受太阳热流冲击而诱发的振动是导致航天器失效的典型模式之一,准确预测结构热致振动的响应及稳定性是卫星设计的基础.针对常见的中心舱体与附属薄壁杆件组成的空间结构,提出了考虑刚-柔耦合、耦合热弹性和耦合热-结构三重耦合效应的热致振动分析理论模型.其中,刚-柔耦合是指舱体姿态角、顶端集中质量转动与柔性附件运动的耦合;耦合热弹性是指应变率与温度场的耦合;耦合热-结构是指舱体转动及结构变形与薄壁杆件吸收太阳热流的耦合.基于热弹性理论和Lagrange方程,推导了传热和运动的耦合方程;采用La-place变换方法并使用Routh-Hurwitz稳定判据推导了稳定性边界方程.结果表明,该模型能够更为准确的给出热致振动响应及稳定性预测.     

Robust attitude control for rapid multi-target tracking in spacecraft formation flying

A robust attitude tracking control scheme for spacecraft formation flying is presented. The leader spacecraft with a rapid mobile antenna and a camera is modeled. While the camera is tracking the ground target, the antenna is tracking the follower spacecraft. By an angular velocity constraint and an angular constraint, two methods are proposed to compute the reference attitude profiles of the camera and antenna, respectively. To simplify the control design problem, this paper first derives the desired inverse system （DIS）, which can convert the attitude tracking problem of 3D space into the regulator problem. Based on DIS and sliding mode control （SMC）, a robust attitude tracking controller is developed in the presence of mass parameter uncertainties and external disturbance. By Lyapunov stability theory, the closed loop system stability can be achieved. The numerical simulations show that the proposed robust control scheme exhibits significant advantages for the multi-target attitude tracking of a two-spacecraft formation.