刚性包带式星箭连接装置解锁分离过程动力学分析

刚性包带式星箭连接装置能够为重型运载火箭提供更高的星箭连接承载能力,但对其分离释放过程的动力学研究尚未深入。该研究建立刚性包带式星箭连接装置非线性动力学分析模型,采用显式动力学仿真法分析了包带接头分离速度、分离冲击响应和捕获运动规律,研究解锁时间和预紧力等因素对分离与捕获过程的影响规律。结果表明:延长解锁时间和减小预紧力会导致包带接头分离速度降低,卫星冲击载荷减小,与捕获器接触时长增加,与脱离端框时间延后,甚至可以改变包带分离运动规律,引起卫星倾斜分离,在工程应用中应综合考虑。     

基于LS-DYNA的包带式星箭连接装置分离过程和冲击响应分析

采用显式非线性动力学分析方法来研究包带式星箭连接装置的分离过程和冲击响应,给出了有限元建模和预紧力施加方法,采用LS-DYNA软件计算得到了某包带式星箭连接装置的包带动态包络和冲击响应;分析了对接框刚度、抗剪凸台、分离弹簧和拉伸弹簧刚度系数等参数对分离冲击的影响,并采用单自由度“弹簧-质量”系统模拟缓释过程,讨论了缓释过程对分离冲击的影响。结果表明：（1）采用显式非线性动力学分析方法能够同时解决星箭分离过程仿真和冲击响应分析问题;（2）增加对接框刚度,合理设计抗剪凸台高度,适当减小分离弹簧推力和拉伸弹簧拉力均可降低分离冲击响应;（3）延长解锁装置释放时间能够同时降低最大冲击响应峰值及其对应频率。     

微纳卫星火工冲击载荷缓冲装置设计及验证EI北大核心CSCD

火工冲击环境是卫星等航天器经历的最恶劣的力学环境之一,尤其是航天器与运载火箭分离时的冲击最为恶劣。星箭分离冲击会影响有冲击敏感元件的设备甚至航天器的正常工作,严重时甚至能导致发射任务的失败。因此,有必要研究火工冲击环境的抑制措施。针对某金属框架微纳卫星在研制阶段星箭分离实验过程中冲击响应过大的问题,结合火工冲击载荷来源、火工冲击传递机理以及火工冲击抑制方法,对整星进行了冲击载荷缓冲装置设计并进行了冲击及振动实验验证。实验结果表明,该火工冲击缓冲装置能够将冲击载荷降低70%以上,对航天产品的抗冲击分析及合理的结构设计具有重要意义。     

航天器中爆炸切割器的爆炸断裂及冲击响应分析

为了研究星箭分离冲击环境特征和爆炸冲击对卫星的影响,以航天器中星箭包带式连接结构的某型爆炸切割器为研究对象,利用LS-DYNA显式动力学分析方法,建立了爆炸切割器爆炸切断过程的三维有限元模型,分析了爆炸切割过程中剪切刀的速度和加速度,讨论了连接杆上典型断裂单元上的应力应变变化和断裂特性,并分析了爆炸冲击载荷的特征和不同阶段切割器的结构响应特性。为航天器上爆炸切割器的爆炸断裂过程提供了一种数值仿真的方法,同时,也为星箭分离过程中产生的爆炸冲击环境模拟和预示提供了数值参考。     

基于BP神经网络的星箭界面动载荷识别

提出一种基于BP神经网络的星箭界面动载荷识别新方法。建立卫星结构的高保真动力学模型,利用仿真分析/地面试验获取的卫星结构加速度响应与星箭界面加速度激励的样本库;基于BP神经网络训练卫星结构加速度与星箭界面加速度激励的传递关系,利用实测卫星结构加速度响应识别星箭界面加速度激励;将星箭界面加速度激励施加与卫星结构的高保真动力学模型获取星箭界面动载荷。开展了数值仿真和振动试验,验证了所提出方法的有效性,为服役状态下卫星结构的振动载荷环境预示提供有力支撑。     

引射筒动态载荷识别研究

基于动态载荷的频域识别方法,对引射筒所受发动机试车产生的动态载荷进行识别。通过实验测量引射筒在试车过程中的动态响应;通过有限元计算方法获得载荷基函数对结构作用响应;采用最小二乘法获得引射筒所受动态载荷谱。计算识别所得载荷谱产生的动态响应,并与实验测量值比较,给出识别所得动态载荷谱误差,并分析误差产生原因。结果表明,频域载荷识别方法能较准确识别引射筒在发动机试车过程中所受动态载荷,可为工程研究提供参考。     

采用分离变量法的载荷位置识别技术研究

基于分离变量法提出了一种新的识别动载荷位置及时间历程的方法,以提高载荷定位的效率。根据结构系统参数建立响应与外部载荷之间的卷积关系式并离散化;采用分离变量法将载荷位置信息从脉冲响应函数矩阵中提取出来,根据响应信息选取合适的模态;利用正则化技术对载荷识别过程中的不适定问题进行求解;结合简支梁的仿真计算和实验测试对该载荷定位方法进行验证。研究结果表明,基于分离变量法的载荷识别方法能够准确地定位结构载荷位置并识别载荷时间历程,总体误差较小,相关性系数较大。相对于传统载荷位置识别算法,分离变量法减少矩阵求逆次数,提高了载荷定位的效率。     

基于集总平均经验模态分解法(EEMD)的星箭解锁分离机构冲击响应分析

基于集总平均经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD),提出一种星箭解锁分离机构冲击响应信号分析新方法。通过EEMD,将星箭解锁分离机构解锁过程的冲击信号分解成不同模态分量(Intrinsic Mode Function,IMF)。结果表明前两阶模态分量IMF主要为冲击引起的高频振动,而IMF3之后为冲击激励引起的不同阶固有模态振动和局部振动,并通过模态实验验证了分析的正确性。     

基于L1范数正则化和最小二乘优化的冲击载荷识别研究#br#

为了改善冲击载荷识别问题的病态特性，最大限度提高识别精度，在时域内提出一种基于L1范数正则化和最小二乘优化的改进冲击载荷识别方法。采用L1范数正则化方法构建冲击载荷稀疏反卷积模型，使用截断牛顿内点法求解L1范数的最小二乘优化问题，同时根据预条件共轭梯度法确定最优搜索路径和计算方向。最后，考虑不同冲击工况、不同响应位置对识别结果的影响。通过对铝合金板进行冲击载荷识别试验进行验证，发现在铝板受单次冲击和多次冲击工况下所识别载荷与施加的实际载荷吻合良好。结果还表明，与Tikhonov 正则化方法相比，该方法能够提高冲击载荷识别的准确性和稳定性。     

冲击载荷识别中的相干修正

本文分析了在频域法冲击载荷识别中,测量噪声对识别精度的影响;从理论上论证了相干修正可有效地抑制响应信号的测量噪声,从而提高识别精度;给出了可用于工程实际的相干修正技术方法,并通过实验验证了相干修正对提高识别精度的有效性.     

星箭解锁分离装置中摆臂的动力学分析

在非火工甚低点式星箭解锁分离装置工作过程中,要求星箭分离在很短的时间内完成以及避免在星箭分离过程中产生较大的冲击力对其他重要的敏感元器件造成损害,因此在星箭解锁分离装置中摆臂旋转时间及由其与圆柱壳体碰撞产生的碰撞力对于整个分离过程的影响是不可忽略的。主要通过运用动力学及Herz接触理论对星箭解锁分离装置中一级摆臂、二级摆臂进行动力学建模及分析,运用数值分析软件对模型进行仿真计算,得出摆臂旋转时间和碰撞冲击力的仿真曲线,并通过实验验证理论模型的正确性;仿真分析结果与试验结果对比表明数据规律一致性较好,计算结果具有较高的可信度。     

基于LSTM和响应分解的冲击载荷识别方法研究

同一量级的冲击载荷所产生的动响应要远大于静态响应,因此准确识别冲击载荷对于航空器结构件的动强度设计、校核与结构健康监测都具有重要意义。该文章提出的方法主要针对一般线性结构的冲击载荷识别问题,从实测冲击响应应变信号出发,主要解决了冲击载荷与响应信号样本长度不一致这一突出矛盾。首先基于冲击响应信号分解方法来进行振动信号特征提取,然后基于长短期记忆神经网络对载荷和响应信号样本特征进行映射,从而实现冲击载荷识别。通过对挂架模型实测冲击载荷信号进行识别,结果表明4种工况下,该方法识别的冲击载荷的均方根相对误差小于0.6,相关系数大于0.94。结果初步表明,在理想的试验环境中,该方法具备一定的识别精度。     

复合材料蜂窝夹芯结构低速冲击位置识别研究

进行了碳纤维增强复合材料蜂窝夹芯结构的低速冲击实验,采用一种基于应力波和免疫遗传算法的冲击载荷定位方法对蜂窝夹芯结构上的低速冲击载荷进行分析和定位。首先,通过一组事先确定冲击位置的低速冲击载荷产生的冲击应力波实验数据,使用小波变换方法对其在时频域进行分析,获得多个频率上冲击应力波在蜂窝夹芯结构中的传播速度;然后在此基础上,考虑蜂窝夹芯结构中应力波的各向异性特性,采用免疫遗传算法对未知的低速冲击载荷进行位置识别。实验研究结果表明了该方法的可行性和有效性     

冲击载荷识别的瞬态统计能量分析方法

提出了一种基于瞬态统计能量分析理论的冲击载荷识别新方法。利用该方法,首先由系统能量平衡方程确定冲击载荷的作用位置及相应的输入能量,在常值假设条件下根据识别的输入能量反演得到冲击载荷的幅值谱,在此基础上,对于给定的冲击载荷时域波形形式,提出一种参数拟合方法用于最终重建冲击载荷的时间历程。通过一个两板耦合结构系统的冲击载荷识别对识别方法进行了实验验证研究。结果表明冲击载荷识别的瞬态统计能量分析法能够准确地识别冲击载荷的作用位置和输入能量,在冲击波形已知的假设条件下可以较为准确地重建冲击载荷的时间历程,从而为实际工程中的冲击载荷识别提供了一条可行途径。     

桥梁颤振导数识别的时域法与频域法对比研究

同时提出了基于桥梁节段模型强迫振动风洞实验的颤振导数时域识别法与频域识别法。开发了一套两自由度强迫振动装置,用它进行了三种节段模型的强迫振动法风洞试验。用这同一批实验数据作了两种方法的对比研究。采用两种或多种数据处理方法,可以提高颤振导数识别结果的可信度。频域法自身包含有滤波过程,因而抗干扰能力强,识别的颤振导数曲线平顺光滑;时域法的定解方程对信号相位差较敏感,易受杂波干扰导致结果漂移或波动。     

基于传递函数的星箭耦合载荷分析

分别对运载火箭和卫星进行频率响应分析。在取得离散形式的频率响应分析结果基础上,采用有理多项式拟合技术,将火箭和卫星的频率响应函数转化成以部分分式表示的传递函数。根据星-箭对接的力学条件,可以在Simulink平台上建立起星箭耦合载荷系统模型。对此模型进行仿真便可得到在外力作用下星箭耦合载荷系统的瞬态动力响应。分别以简单的质量-弹簧模型、以及星箭耦合载荷模型验证了方法的正确性。基于传递函数的星箭耦合载荷分析方法,将柔性结构的动力学计算纳入到系统仿真的框架之中,为进一步实现结构-气动和伺服控制系统的耦合分析奠定了基础。该方法也为将火箭和卫星实测的频响特性直接应用于星箭耦合载荷分析创造了条件。     

设备载荷识别与激励源特性的研究现状

概括国内外动载荷识别技术的主要研究方法与应用。针对普遍使用的频域法和时域法的研究现状及优缺点进行评述, 并对载荷识别领域的研究方向作展望, 指出与工程实际模型相结合、 提高载荷估算精度、 简化测试和估算过程将是今后研究的主要方向。     

设备冲击极限载荷及分析实例

船用设备抗冲击能力用冲击极限载荷来衡量,可应用于设备以及隔振系统的选型和设计,是船舶抗冲击研究的重要内容之一。设备冲击极限载荷是设备本身的固有特性,利用冲击输入的加速度或冲击谱来表征。船用柴油机的冲击失效判别准则有应力超限、应变超限、位移超限、连接结构失效等。TBD234V6柴油机冲击响应仿真分析表明在BV043/1985规定的冲击载荷下,停机状态时应力指标超限,零部件之间变形指标达到1～2 mm,需要在装配零部件时保证不会引起干涉,曲轴变形指标表明油膜被破坏,因此,该型柴油机必须加装隔冲装置。机脚螺纹连接冲击响应线性计算表明,螺纹连接产生分离。     

动载荷识别时域方法的研究现状与发展趋势

与动态载荷识别的频域方法相比,时域方法不仅适用于线性系统,还适用于非线性系统以及能有效处理瞬态冲击激励的识别问题,近年来时域方法愈发受到学者们的关注。目前广泛应用的几种时域方法主要有-反卷积法、计权加速度法、函数逼近法、卡尔曼滤波器和递归最小二乘法、逆系统法以及新兴的智能方法等等。在对各方法研究现状的概述与总结中,分析了各自的优缺点。从研究对象、研究方法、应用领域三方面分析,非线性系统、线性时变系统将成为分析研究的重点。结论显示,与现代智能算法相结合的逆系统方法将成为新的研究热点,将其相应的载荷识别方法应用于机械设备的故障诊断也将成为今后发展的新趋势。     

航天飞行器爆炸冲击环境减缓技术研究

星箭分离过程中,火工品解锁,卫星受到严酷的爆炸冲击环境,强烈的高频冲击环境可能使卫星上的电子、光学和其它敏感设备产生破坏。为减少卫星分离过程中相互之间产生的冲击作用,可在卫星与适配器之间安装减冲击环;通过对减冲击环的高频缓冲机理进行研究,分析冲击波的传递路径,在此基础上针对卫星模型进行减冲击环设计。采用爆炸冲击模拟星箭分离冲击环境,对其缓冲效果进行了评估,拐点之后减冲击环能衰减10 dB以上的冲击响应。