太阳翼驱动机构的故障模式影响分析与时变可靠性研究

作为航天器在轨运行时能量与信号的传输通道、姿态的调节器,太阳翼驱动机构的可靠性直接决定了航天器的工作寿命。传统机械可靠性分析并没有考虑到太阳翼驱动机构性能退化和载荷既具有随机性又具有时间相关性的因素,从而导致常规基于广义应力-强度的可靠性分析方法只能得到一个确定的可靠度值,这并不能完全反映太阳翼驱动机构可靠性随时间变化的情况。在对太阳翼驱动机构进行不确定性分析及故障模式影响分析的基础上研究了其失效判据,建立了一个高精度且与实际更相符的时变可靠性模型,从而构建起一体化的时变可靠性模型技术体系和理论方法,为实现太阳翼驱动机构可靠寿命设计一体化目标以及其质量提升提供理论基础和技术支撑。     

太阳翼驱动机构的模糊动态故障树分析

作为航天器重要的组成部分之一的太阳翼驱动机构,故障频发,它的可靠性研究凸显出重要的价值。根据太阳翼驱动机构的组成和工作原理,建立了相应的动态故障树。考虑到现实中太阳翼驱动机构的故障现象、故障状态与故障原因等存在着大量的不确定性,将模糊集理论引入动态故障树分析中,采用三角模糊数表示太阳翼驱动机构故障树的各个底事件的失效参数,将 截集理论与区间运算相结合,对太阳翼驱动机构进行模糊动态故障树分析,从而得到系统的顶事件模糊发生概率与各个底事件的模糊概率重要度,并对模糊概率重要度进行分析,得出太阳翼驱动机构中的关键部件为系统中的轴承及谐波减速器,找到了系统的薄弱环节。     

某型太阳翼伸展机构疲劳可靠性分析

针对太阳翼伸展机构在服役过程中的疲劳失效问题,提出了一种基于有限元仿真的疲劳可靠性分析方法。首先,建立太阳翼伸展机构的有限元模型,并对其进行疲劳强度分析;其次,基于Miner线性累计损伤理论,对伸展机构进行疲劳损伤分析;再次,结合Do E试验设计,建立以剪切载荷、轴压载荷和弯矩为随机变量,疲劳损伤值为响应的代理模型;最后,借助蒙特卡罗方法计算太阳翼伸展机构的疲劳可靠度。结果表明：在考虑载荷不确定性时,太阳翼伸展机构的疲劳可靠度为0.996 9;与确定性分析相比,所提方法能够有效量化因不确定性因素导致的疲劳失效,可为其它工程结构的疲劳性能度量提供参考。     

航天机电产品可靠性仿真方法研究

提出一种航天机电产品可靠性仿真方法,以多学科性能仿真模型为基础,结合典型故障模式和失效机理,综合考虑产品的复杂环境和自身特点,研究影响产品性能与可靠性的关键设计参数。通过试验设计方法,关键参数进行取值,形成样本空间;选择一个或几个性能指标作为故障判据,通过样本信息,归纳统计参数分布类型;结合抽样算法开展迭代计算,构建航天机电产品的结构、控制和电路可靠性模型。选取典型产品案例,完成工程应用验证。     

太阳翼模拟负载系统的结构设计与优化

太阳翼作为航天器能量来源的关键部件,它的特性直接影响太阳翼驱动机构(SADM)的输出特性。因此,研究设计一套模拟太阳翼特性的系统具有重要意义。基于振动动力学提出了一种模拟太阳翼的惯量与频率特性的机构,以机构的简化模型建立拉格朗日方程,分析惯量与频率之间的关系。根据技术参数要求,建立约束,完成结构参数的确定。利用matlab软件的fmincon函数,以占地面积为目标进行优化设计,有效地减少了占地面积。     

空间展开机构设计及其动力学分析

随着航天事业的发展,越来越多的宇航工程中会应用一些大型的在轨机构,以满足不同的任务需求,本文设计了一种可应用于航天器太阳翼的圆形空间展开机构。主要包括同步机构的设计、自锁铰链的设计以及驱动机构的设计,最后基于Adams以及RecurDyn两种多体动力学仿真软件分别对本文所设计的驱动机构和四单元扇形空间展开机构进行了动力学仿真,结果表明本文所设计的空间展开机构可实现多级展开,并具有展开的可靠性和可控性。     

并联机构敏感性分析和多目标优化设计方法

为了解决并联机构全局性能指标高计算成本引起的敏感性分析和多目标优化设计困难,提出了一种结合多项式响应面模型、基于方差的敏感性分析方法和智能优化算法的高效计算方法。首先,确定并联机构的目标函数和设计参数,增加节点密度以提高目标函数的计算精度,基于拉丁超立方体抽样方法和最小二乘多项式拟合技术建立全局目标函数与设计参数之间的响应面解析映射模型,并结合基于方差的Sobol’敏感性分析方法得到对目标函数有重要影响的设计参数。然后,结合敏感性分析结果简化设计参数并建立并联机构的多目标优化设计模型,包括目标函数、约束函数和设计参数,结合响应面模型与智能优化算法开展并联机构多目标优化设计。最后,考虑规则工作空间体积、运动学性能和动力学性能指标为目标函数,以DELTA并联机构为例实现了本文提出的方法。优化前后的结果对比证明了算法的有效性。     

基于真空负压吸附的太阳翼重力卸载技术

空间可展开机构在地面装配和模拟展开试验过程中受到重力作用而产生应力或变形,在太空环境下重力消失引起应力释放,造成空间机构的性能发生变化影响其在轨可靠运行。针对太阳翼等空间可展开机构地面装配和展开试验的重力卸载需求,提出基于真空负压吸附的重力卸载方法,通过对太阳翼的展开动力学分析,建立卸载重力的太阳翼动力学模型;分析摩擦因数对真空负压吸附系统运动性能的影响规律和重力补偿系统的跟随响应特性,实现重力卸载系统在水平面内的自由移动和快速跟随。试验结果表明,真空负压吸附重力卸载系统的接触界面摩擦因数小于0.08,在40N的太阳翼载荷下重力补偿系统的响应误差为±5%,综合重力卸载精度可以达到94.6%。因此,基于真空负压吸附的重力卸载方法具有很高的自由度和跟随响应速度,能够满足太阳翼等空间可展开机构精密装配和模拟展开试验的需求。     

新型民机起落架收放系统故障参数敏感性仿真

飞机起落架收放系统是一种集机、电、液于一体的混合复杂系统。为提高性能，新型民机起落架系统采用的空间收放机构，与传统平面机构起落架相比，其运动规律复杂且驱动单元增多，各类故障参数对其工作性能的影响也更加复杂。针对该问题，以采用空间收放机构的新型民机起落架系统为研究对象，详细分析了其动力学原理，包括收放机构、上位锁机构、小车位置机构和液压驱动原理;在此基础上,通过AMESim仿真平台建立了机电液一体化的起落架收放系统仿真模型，并通过仿真计算得出了节流孔阻塞、系统混入空气、油液泄漏和机构磨损等故障参数对起落架收放性能的影响，分析结果可用于指导起落架收放故障诊断，也可以为其参数设计及可靠性研究提供参考。     

柔性太阳翼展开机构力学性能测试系统设计

为了确保太阳翼展开机构在空间环境下运行可靠,需在地面对其进行力学性能测试。柔性太阳翼展开机构空间性能测试系统的目的是模拟展开机构在空间高低温和微重力环境下的展开过程并实现其力学性能测试。提出的系统采用多个弹性跟随移动小车的托举式重力平衡装置平衡展开机构重力,与传统的吊挂式重力平衡方案相比,系统克服了吊挂方式无法依次可靠自动脱钩挂钩的缺点,提高了全自动展开过程中重力平衡的可靠性和稳定性。文中设计了基于钢丝绳的大距离高精度伺服力加载装置,解决了高低温环境下传动机构变形大而无法精确传动及加载的问题。试验表明,测试系统重力平衡装置能可靠实现展开机构自动逐节支撑及脱离,力加载装置能实现不小于30m范围内高精度力加载,力加载误差小于±5%,满足了柔性太阳翼展开机构空间高低温失重环境下的测试要求。     

新型铝卷翻转机液压驱动伺服系统设计及动态特性分析

通过选用合理的液压参数,建立液压驱动伺服系统模型,并由此建立数学模型。在数学模型的基础上对液压伺服系统的关键控制性能和可靠性进行仿真分析研究。结果表明,通过对液压伺服系统的合理设计,改善了翻转机的性能,提高了铝卷翻转的可靠性,可为大流量液压系统的设计提供理论指导。     

锻压设备多连杆传动机构可靠性分析与设计

以双动压力机传动机构为对象,开展该机构运动学分析,基于滑块位移波动量对运动可靠性展开理论分析与实例论证,针对机构参数对连杆机构压力机性能的影响开展可靠性分析和稳健性设计。在分析和设计过程中,阐述了连杆机构的目标函数和约束条件。建立了以目标函数作为机构滑块位移波动最小值的可靠性和稳健性设计模型。通过数值计算实例可知,稳健性设计比确定性设计更能有效的控制连杆机构输出位移波动量的平均值和标准方差,减少不确定性因素对连杆机构输出位移波动量的干扰,极大地提高运动机构的可靠性和稳健性。     

基于空间可展机构可靠性设计分析

空间可展机构具有展开性能好、稳定性高、可延展性的特点,可适用于太阳能帆板展开机构、太空平面反射天线等领域,空间可展机构在展开和折叠时需要满足高精度、重量轻的要求,需要进一步对其进行模型设计分析与研究。为提高空间可展机构在展开和折叠时的运动精度,基于空间可展机构的杆件尺寸误差、装配误差和主动件角速度周期性波动误差的情况下,利用常规设计方法和可靠性设计方法分别对空间可展机构的驱动杆直径进行设计计算。结果表明：利用可靠性设计方法计算不仅可以起到优化杆件作用,还提高了可展机构的可靠度,验证了可靠性设计对于研究空间可展机构的可行性与有效性,同时对推进空间可展机构的工程应用具有一定的基础理论支撑与实际价值。     

线性驱动并联机构基于有效工作空间比的尺度优化

提出了1种并联机构工作空间的几何求解及尺度优化方法。首先,借助闭环矢量法构造了线性驱动6自由度并联机构的位置逆解模型;推导得出并联机构定姿态可达工作空间的边界曲面方程,获得精确的3维可达空间;提出"有效工作空间比"概念,以刻画可达工作空间的有效尺度域;最后,在考察归纳机构关键尺度参数对有效工作空间比的影响规律的基础上,以包络已知任务空间的可达空间体积最小作为目标函数,结合有效工作空间比取值范围、驱动关节位移范围、构件干涉及尺度约束等约束条件,联合应用模拟退火+模式搜索算法进行了机构关键尺度参数的优化设计。研究成果可为并联机构的结构设计奠定必要理论基础。     

空间高精度谐波减速器的应用及其发展趋势

谐波减速器作为一种结构紧凑、质量轻、体积小而减速比大、传动效率高、传动精度高传动刚度高的高性能减速器,在工业机器人和航天领域得到了广泛的应用。通过对谐波减速器在太阳翼展开机构、天线指向机构、扫描机构、行星着陆器行进轮驱动机构、空间机器人驱动关节以及导弹舵机等空间机构的应用的研究,提出了空间高精度谐波减速器的关键技术和发展趋势,并对未来谐波减速器在空间机器人、精确定位指向机构以及太阳翼帆板展开机构中的应用进行了展望。此外,也从材料、加工工艺、热处理以及优化设计技术等多角度对谐波减速器的研制技术进行了分析和研究,并从空间环境出发,对空间谐波减速器的润滑方式、使用寿命,以及在真空、强辐射和大温差环境下的传动特性进行了分析,为空间谐波减速器的研发提供了借鉴。     

机器人机构的反向可驱动性设计

为提高机器人与人合作或交互的质量,减少机构自身的重力、惯性等带给使用者的不舒适体验,研究机构的参数设计方法,以一种2自由度虚拟样机为例,综合考虑运动学与动力学各向同性,以操作空间使用者需要克服的最大惯性来衡量机构的反向可驱动性,分析机构参数对系统性能的影响.以运动学各向同性为指标,给出运动学参数设计标准.建立机构的动力学模型,考虑机构的重力平衡、反向可驱动性和动力学各向同性,给出各指标的影响因素.最后对一组特定参数进行校核和分析,并给出具体指标数据.该机构在工作空间中部具有好的各向同性,有部分重力未得到平衡,等效质量在工作空间中部很小,外侧稍大.根据改进设计建议,合理调节机构质量分布和关节杆长可有效提高系统性能.研究结果可以推广到各种以反向可驱动性为重要指标的机器人机构参数设计与校核.     

弹用减压器工作特性仿真计算分析

针对弹用减压器的高可靠性需求,结合减压器出现的输出压力偏高、出口压力振荡等故障问题,对重要零部件如活门、弹簧、密封圈等,以减压器的使用环境条件、贮存条件以及工作载荷为基础,开展其全生命周期的复杂应力条件下的失效分析,识别其关键设计参数弹簧刚度和胶圈摩擦力及参数变化范围。根据减压器结构设计参数和进出口工作参数,采用AMESIM建立工作性能模型并通过试验验证模型的有效性。在此基础上结合失效分析数据建立减压器的多故障模式仿真模型,实现其多故障模式工作特性仿真分析,为开展减压器可靠性设计优化提供数据支撑。     

按照性能指标进行机构优化设计

提出了一个根据给定相关性能(如精度和工作空间),设计6自由度并联机构的可靠方法。该方法采用了区间分析理论及其算法,不仅可以分析末端执行件定位精度的测量误差,也能够得到设计参数的取值区间。只要并联机构的几何参数满足这些求得的设计参数区间,该并联机构必然达到相关的性能要求。利用本文的算法,应用于一个6自由度的并联机构设计。本文通过对该并联机构搜索空间的分析,比较了设计参数和阈值对计算结果和效率的影响。     

一种冗余驱动用切换传动机构的轮系参数优化

航天用的空间展开机构要求其关节驱动系统具有较高的可靠性,采用冗余驱动是提高可靠性的有效措施.提出了二套驱动系统并联的单备份冗余驱动方案,设计了适于该冗余驱动方案的差动轮系式传动机构;为了减少切换传动机构的体积和质量,提高其运动平稳性,以体积最小和转动惯量最小为目标函数,建立了轮系参数的多目标优化模型,并利用线性加权和法对优化模型进行了简化处理,借助Matlab优化工具箱进行了实例优化计算,计算结果验证了优化模型和计算方法的有效性.     

三自由度冗余驱动并联机构的奇异性和工作空间分析

基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置逆解模型,运用微分法推导出了该并联机构的雅可比矩阵,结合Gosselin奇异性分析法和数值分析法,分析了该并联机构的奇异性。随后分析了影响4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构工作空间的主要因素,并对其各支链的行程限制、各球铰副的转角限制和各支链间的尺寸干涉限制等影响因素进行了解析化分析。最后,基于4-SPS/S三自由度冗余驱动并联机构的位置正解模型,设计了该并联机构回转工作空间的求解算法。该算法避免了数值方法及几何方法的复杂性和不确定性,实现了回转工作空间的直观性表达。