航天器可展开支撑杆的研制及其收拢展开特性研究

复合材料豆荚杆是一种质量轻、刚度较大、收拢效率高、展开过程可靠的可展开管状杆结构。本工作对豆荚杆进行优化设计,并对多种豆荚杆试件进行性能测试与评估,选取其中综合性能优异的材料体系研制了2m长豆荚杆样机。利用研制的豆荚杆收展控制机构对豆荚杆的收拢-展开性能进行了测试,结果显示玻璃布/FEB豆荚杆可实现多次收拢-展开,其综合性能可基本满足空间可展开结构的性能需求。     

基于势场和运动约束的月面六足机器人路径规划算法

月球探测是我国航天工程的重要任务。受限于轮式月球车的运动能力,目前人类对月球的探测活动局限于较为平缓的月海地形,而六足机器人相较于月球车具备更优越的通过能力与冗余容错能力,在未来月面探测任务中有广阔的应用前景。针对我国未来月面探测任务需求和巡视及科学考察等目标,现有的六足机器人缺乏针对月面复杂地形环境的路径规划算法。为此通过分析月面地形,建立了二维月面仿真环境随机生成算法,并根据六足机器人运动学模型,分析路径规划问题中月面六足机器人的运动约束,结合人工势场方法,设计了月面六足机器人路径规划核心代价函数,提出了一种基于势场和运动约束的月面六足机器人路径规划算法,为我国未来极端星表环境下探测机器人研制提供技术基础。通过实验对比分析验证,相比于A^*算法和RRT算法,该算法规划路径短,运行效率高,相比于传统人工势场法,该算法具有更高的鲁棒性。     

空间可展薄膜阵列天线构型设计与验证

面向空间天线大型化、轻量化需求,设计了杆膜一体卷曲展开薄膜阵列天线可展结构,实现了我国首个薄膜阵列天线在轨验证。首先,采用瑞利-里兹法建立了考虑张力作用的薄膜天线一阶弯、扭、摆振动频率近似解析模型,推导了薄膜天线框架结构的一阶扭转振动频率近似解,指导了薄膜天线结构动力学特性的快速分析与参数设计,相比于非线性有限元法,具有高效便捷的特点。其次,研究了薄膜天线主梁截面半径、框架长宽比、张力大小等特性参数对天线振动频率的影响,给出了结构参数的优选范围,通过仿真和试验方法验证了参数设计的合理性。最后,介绍了薄膜天线在轨展开验证情况,试验表明在卫星姿态机动扰动下天线结构保持稳定,验证了结构设计的可行性。     

基于研制流程的全生命周期成本管控机制探索

为积极参与国内外市场竞争,航天企业单位在保障高质量完成国家任务前提下,有必要采取有效的成本管控模式,为赢得市场竞争打下坚实基础。上海宇航系统工程研究所通过建立矩阵式科研管理体系,从顶层牵引全生命周期成本管控,打造全周期经费和产品价格库,以成本跨单位联动管理,促进项目优化提升并降低运行费用,构建起“四梁八柱”的成本责任传导体系,推动基于模型的系统工程技术应用,加速科研型号项目数字化转型,实现了企业可持续健康发展。这些将成本管控落实到科研生产全过程的探索和做法,可为同行业单位提供借鉴和参考。     

基于SPOD方法的压气机转子叶顶区域非定常流动分析

为了研究叶顶区域非定常流动特性,对跨声速轴流压气机转子NASA Rotor37在多工况下进行了三维非定常数值模拟,采用谱本征正交分解（Spectral Proper Orthogonal Decomposition,SPOD）方法从叶顶区域流场中提取出时空耦合的单频相干结构进行分析。研究结果表明：相比于常规分析方法,SPOD方法能够高效地从非定常流场中识别出流动特征,有助于揭示叶顶区域流动规律;在“小流量”工况下叶顶区域流动呈现出强的非定常性,且随着质量流率的减小叶顶区域非定常流动增强、波动范围增加、波动频率呈现出“阶跃式”下降;造成叶顶区域流场非定常周期性波动的主要原因是叶顶间隙泄漏涡破碎区的扰动以及叶顶间隙泄漏涡破碎后与主流相互作用所形成的叶尖二次涡的波动。     

月面巡视器车轮驱动机构速度稳定性研究

嫦娥三号月面巡视器车轮驱动机构采用闭环控制的三级行星减速器。针对研制中发生的车轮驱动机构速度稳定性不满足设计目标的问题,系统分析闭环控制的行星减速器速度稳定性影响因素,重点归纳用于提高行星轮系均载性的方法和措施,据此进行问题排查和仿真分析而将问题定位为第一级太阳轮径向跳动超差。进而提出改进第一级太阳轮为浮动设计和提高第一级太阳轮加工精度两套解决方案,并分别进行分析验证表明两套方案均可满足任务需求,第二套方案具有更小的体积和质量而被选为实施方案。对改进后的车轮驱动机构进行常温常压、高温真空和低温真空等地面模拟试验表明其具有良好的速度稳定性,月面巡视器在月表行进过程的遥测参数亦证实了该改进方法的有效性。     

折纸衍生空间可展结构研究回顾与展望刍议

作为起源于中国,发展于日本的传统手工艺,折纸由于其可以实现二维与三维结构之间形态高效转换的特性,近年来受到了科研人员与工程人员广泛的关注,为空间可展结构的创新研究提供了新的思路。对学界与工程界针对一维、二维、三维折纸衍生可展结构的研究现状进行了阐述,指出后续研究应关注的刚性平面载荷高效折展、柔性结构管理、非欧几里得折纸理论、驱动设计与动力学、重力卸载与试验考核、与其他折展机构的综合等六个问题。     

运载器准三维着陆动力学与极限工况缓冲性能研究

为满足垂直降落重复使用运载器多工况着陆分析时模型精度与求解效率相兼顾的需求,搭建了对称着陆模式下的准三维动力学模型,模型中考虑了运载器主体平面运动、足垫空间运动及支柱侧向载荷,同时基于集中参数法建立了油液缓冲力模型,并引入了含Stribeck效应的滑移-粘滞摩擦力及非线性接触力来构建地面作用力模型。在此基础上,开发出运载器着陆动力学分析程序,结合径向基函数代理模型与模拟退火优化方法给出了以着陆倾角、结构过载、缓冲行程、支柱载荷及反弹高度为指标的七种极限着陆工况,分析了各工况下的缓冲性能及着陆稳定性能,得到了不同冲击条件对运载器着陆动力学行为的影响规律。研究表明：在四腿同时触地时运载器过载峰值大,在2-2着陆模式下运载器姿态易倾斜,在1-2-1着陆模式下先触地支腿受载恶劣且主体易反弹。     

聚合物表面空间环境防护涂层热应力分析方法研究进展

柔性聚合物材料作为航天器表面用关键材料,易受到空间环境的协同损伤,在其表面制备防护涂层是实现长期服役的重要技术。但由于常用防护涂层与基体间的性能差异,涂层易因应力出现开裂和剥落,因此应力分析对于材料的设计和优化非常重要。对于涂层应力的分析方法,主要可以分为基于试验测量以及基于数值仿真的有限元分析方法两类。梳理目前常见的试验测量方法,分析有损法和无损法试验测量的应用,整理归纳基于数值仿真的有限元分析方法的原理以及相关应用,比较不同方法的优缺点,总结其局限性以及应用前景。不同应力测试分析方法在材料的服役寿命和失效形式预测中发挥了重要作用,但传统的机械有损测量方法难对应力情况进行实时监测,近年来发展起来的无损法也存在一定的应用局限性,有限元模拟具有实时、全面的应力测量优点,但是与实际涂层模型具有一定的差距。基于目前试验方法与有限元仿真各自的局限性,提出将有限元仿真与试验表征结合成为进一步指导涂层设计的有效方法,有望有效预测涂层失效机制,优化涂层材料制备工艺,开发具有低应力结构的涂层材料,为聚合物表面用关键涂层材料的轻量化发展和长期可靠服役提供技术支撑。     

基于连续横向枝节的波束扫描天线研究进展

近年来空天地技术飞速发展,大量不同轨道卫星与地面各种移动载体的实时高质量无线通信要求天线具有波束扫描性能,且易共形、重量轻、成本低、功耗小。与反射面和相控阵天线相比,基于平行板波导(Parallel Plate Waveguide, PPW)的连续横向枝节(Continuous Transverse Stub, CTS)天线较易于满足诸多要求。文章首先阐述了CTS天线及其扫描工作原理;然后对机扫和频扫天线的研究进展分别做了分析和总结,实现俯仰面机扫的方法有三种:移动馈源、可变倾角CTS 天线和旋转加载在CTS 天线上方的相移超表面。同时,整体旋转天线阵列还可进行方位面扫描,即实现二维机械扫描。最后指出CTS 波束扫描天线所面临的问题、挑战和下一步研究方向。