光学小卫星主载荷承力结构的多工况优化设计

为了降低光学小卫星相机次镜上的随机响应，提出了一种蜂窝夹层板结构的优化设计方法，对小卫星光学载荷的蜂窝安装板进行结构参数的优化设计。首先，以整星一阶频率不低于40 Hz为优化目标，对蜂窝芯子密度进行优化，根据三明治夹心理论，推导计算了蜂窝芯子等效力学参数。然后，以次镜的随机响应为优化目标，对蜂窝夹层板的碳纤维面板进行铺层优化设计，得到最优铺层顺序为[0/45/90/-45]S，总厚度为0.8 mm。根据以上计算得出蜂窝芯子及碳纤面板等效参数，对整星进行分析。最后，开展了整星振动试验，测量了整星模态和响应，对试验数据进行采集。结果表明:整星模态为42.2 Hz，次镜最大随机响应为11.1g，均在合理范围之内，满足了组件力学要求。     

对地观测敏捷小卫星星载一体化结构设计

研究了对地观测敏捷小卫星的星载一体化设计,结合工程实际,设计了一种敏捷小卫星的结构,将载荷结构和卫星结构有机结合到一起,并充分考虑了卫星结构与整星被动热控一体化设计、卫星结构与整星线缆布局一体化设计,提高整星的功能密度,优化了星上单机布局,有效降低整星质量,压缩体积,降低发射成本。设计分析结果表明,整星的x向固有频率为56.465 Hz,y向固有频率为59.704 Hz,z向固有频率为218.88 Hz,整星的高刚度为敏捷卫星的快速机动成像奠定基础;卫星的结构安全裕度大,达到3.85,随机响应和正弦响应在可控范围内,能承受卫星从运输到发射过程中的各种复杂力学环境;卫星功能密度高,被动热控设计使得整星热控资源功耗小,空间利用率高,线缆走线布局简洁方便。     

微小卫星天线与飞轮共支撑结构优化设计与试验

针对基于星载一体化理念设计的某微小卫星星载天线与S飞轮支撑结构随机振动响应不满足总体设计指标的问题,将星载天线与飞轮进行共支撑结构设计,提出以随机振动加速度响应为目标的优化设计方法。以支撑结构敏感点随机响应RMS值为优化目标,体积分数和基频为约束条件,建立数学模型,对结构进行优化设计;对优化后的支撑结构工程分析,基频达到200 Hz以上,质量由1.9 kg减少到0.65 kg,降低65.6%;开展了力学环境试验对支撑结构性能进行验证,支撑结构基频210 Hz,加速度响应RMS值最大相对放大率为0.54,满足总体基频大于185 Hz和相对放大率小于等于0.6的要求。结果表明,该优化方法有效可行,支撑结构动力学参数较好地满足了微小卫星总体设计要求。     

多点不相关随机振动载荷的动力学等效模拟

地面振动试验能够应用于结构的振动环境适应能力研究,是因为当结构满足一定的动力学特性要求时,试验室振动载荷可以等效模拟实际振动环境载荷的动力学效应.给出了随机振动载荷等效设计的一种工程方法,它基于结构随机振动响应近似分析原理,以结构位移响应和/或应力响应等价为目标,实现了利用单一随机载荷模拟多点不相关随机振动载荷的等效;为了进一步评价等效载荷的有效性,应用累积损伤线性模型分析结构振动疲劳损伤及其等效过程中的变化.简支梁数值模拟结果表明,利用这种方法设计的等效载荷,可以等效模拟多点不相关随机振动载荷,简支梁的响应与疲劳损伤相差不大.     

主反射镜组件柔性环节随机振动响应分析与试验

大口径主反射镜是空间光学遥感器的关键部件,其动态结构刚度与强度直接关系到光学系统的成像质量。在结构设计初期,为保证Ф750 mm口径主反射镜组件在动力学载荷作用下不发生破坏,对其进行了随机振动下的峰值应力分析与试验。首先,论述了空间光学遥感器经历的动力学环境条件,并阐述了随机振动响应的峰值等效原则;之后建立了主镜组件的有限元模型,进行了基于上述准则的动力学仿真分析;最后,对主镜组件力学模拟件进行了动力学环境试验与应变的动态采集分析。分析与试验结果表明:柔性环节在X向、Y向、Z向随机振动激励下响应的峰值应力分别为102.3MPa、99.5 MPa、104.3 MPa,与仿真结果最大相对误差为10.8%。试验结果验证了上述分析的准确性,说明主镜组件柔性环节设计可靠,安全系数为2.07,满足使用要求。     

组件的模态分析和随机振动分析

论述了用ANSYS有限元分析软件对组件进行模态分析和随机振动分析的方法。通过模态分析确定了部件的振动特性即固有频率和振型,它是其他动力分析如频谱分析的起点。通过随机振动分析确定了结构随机振动载荷的结构响应,通过随机振动分析得到结构的3σ定向变形、3σ定向加速度响应、3σ等效应力参数。根据振动响应中的最大应力计算结构的安全裕度,验证其设计能否成功克服共振现象和振动引起的不良效果。通过模态分析和随机振动分析可以优化结构提高可靠性、缩短研制周期。     

随机振动中几个工程计算问题

对于随机振动的试验参量计算,并不象正弦振动那样,简单易行。本文利用数学方法导出了随机振动均方根加速度值的计算公式,并以随机振动的常用试验标准为例,计算出标准中实际均方根加速度值。在此基础上,算出振动系统的振动推力。最后介绍了随机振动中最大位移的计算。     

离轴三反空间相机外遮光罩组件的研制

杂散光抑制对提高空间相机的成像品质起着至关重要的作用。通过合理地设置外遮光罩可以有效地抑制杂散光。为了满足空间相机外遮光罩轻质、高刚度、高强度和高尺寸稳定性的要求,选取增强基碳纤维复合材料作为空间相机外遮光罩的材料,并提出了相机主支撑结构与外遮光罩独立安装的设计思想,从而最大限度地降低了外遮光罩变形对光学元件尺寸稳定性的影响。利用有限元分析技术对外遮光罩结构进行了热特性及动态特性分析,并对结构参数进行了优化设计,最终得到了质量为5.2kg、一阶固有频率为113Hz的外遮光罩结构。动力学试验测试结果表明,外遮光罩一阶谐振频率为106.8Hz,在正弦振动和随机振动试验中加速度放大倍率小于10倍,最大应力为86.6MPa,远远小于碳纤维复合材料屈服应力,结构刚度、强度完全满足设计指标要求。     

大型空间遥感器动力学试验

大型空间遥感器结构复杂、重量大,在研制过程中,给地面动力学环境试验工装的设计带来很大的困难.振动工装是振动试验的传力部件,将振动台与遥感器连接起来,其性能直接影响到振动试验的真实程度和可靠程度.本文论述了遥感器振动工装研制及动力学试验过程.正弦振动和随机振动结果表明,振动台的振动输入条件与工装对遥感器的输入条件基本一致...     

光学小卫星振动夹具设计及动特性分析

夹具是卫星振动试验的传力部件,夹具性能的好坏直接影响到振动试验的真实性和可靠性。总结了卫星振动夹具设计的一般方法和思路,针对某光学小卫星振动夹具进行了设计工作,利用有限元软件MSC.NASTRAN对振动夹具动特性进行了分析,对其刚度、质量、固有频率及动特性响应间的关系进行了研究,完成了某光学小卫星振动夹具的设计工作,从其动特性响应分析结果看,带振动夹具后整星动特性响应平均偏差约为6%,最大响应偏差约为11%,振动夹具对整星动特性影响在合理范围内,目前该振动夹具已成功应用于某光学小卫星按GJB1032-90所规定的地面力学环境试验中,并取得了预期的效果,该方法可应用于其他卫星振动夹具的设计中。     

简化振动模型下空间光通信系统误码率分析

在空间光通信系统中,由于卫星振动将对系统的误码率产生影响,在探讨振动对误码率影响问题时,应分析不同振动类型的影响问题.侧重分析了正弦振动,并分别对方波、三角波、锯齿波型振动进行了分析.结果表明,对于正弦振动,当振动持续时间为整周期时,误码率仅为振幅的函数,此时误码率随振幅的增加迅速上升,而与振动频率无关;当振动持续时间为非整周期时,误码率随时间的增加而起伏,误码率的改变越来越小,且趋于仅与振幅有关的常数.其它类型的振动也有类似的结果.     

星载光谱仪光路切换组件振动特性仿真分析

为研究星载设备在复杂力学环境下的振动响应特性, 利用有限元分析软件对光谱仪光路切换组件进行仿真分 析。首先根据星上载荷的力学环境试验条件, 通过谱形参数计算方法建立星上载荷输入谱密度激励曲线图。随后, 对 光路切换组件进行模态分析和随机振动分析, 得到激励谱条件下组件的振动响应结果和最大等效应力。强度校核计 算结果显示组件安全裕度为 1.57, 满足刚度和强度要求。最后, 对整机振动进行试验验证, 验证结果显示组件结构完 好, 且光学性能比照试验结果显示振动前后, 三个通道的卤素灯图像的成像范围、光谱强度特性等基本一致, 光路切 换组件无异常变化, 验证了仿真分析的可靠性。     

A simplified random vibration analysis on portable electronicproducts

A random vibration analysis on a portable electronic product is presented in this paper based on a simplified physical model. The analysis emphasizes the dynamic relative transverse deflection, or the stopping distance, of the liquid crystal display, which is taken to be a thin elastic plate element, under random acceleration excitations. The expressions of the mean value and the autocorrelation function of the relative transverse deflection of the plate element are derived for stationary stochastic process acceleration excitations, and some statistical quantities are discussed. As a numerical example, a portable computer product under an idealized white noise stationary random acceleration excitation is analyzed, and some numerical results of the statistical quantities, such as the autocorrelation function and the standard deviation, are presented. According to our analysis, to decrease the random dispersion of the relative transverse deflection (stopping distance) of the plate element, both the viscous damping coefficients of the plate and its support should be over designed, but with that of the plate being larger than that of the support. In practice, it is possible to select proper support materials and correctly design the mounting of the chassis to meet this requirement, because compared to the liquid crystal display, the mounting of the chassis is easier to design for. With a normal distribution assumption for the relative transverse deflection, the maximum possible relative transverse deflections (stopping distances) of the plate element are obtained, at chosen confidence levels, which can be used as a preliminary check for designing a similar portable computer product     

基于大质量法的谐响应有限元分析

介绍了基于大质量法的谐响应有限元分析方法。通过大质量法使得在谐响应分析中能够直接施加加速度载荷。通过对FR-4印制板进行模态分析,研究了质量点的质量大小、数目以及施加的位置对结构固有频率的影响。基于大质量法和模态叠加法对印制板进行正弦扫频振动分析,并与完全分析法的计算结果进行比较,验证了大质量法的可行性和高效率。另外,分析表明是否选取质量点的刚体运动对应的模态决定了结果是绝对解,还是对质量点的相对解。     

ICF装置光束定位的结构稳定性设计

激光驱动ICF装置的甚多束激光在打靶过程中需要高精度定位于靶面,这就要求可以改变光束着靶点位置的光学元件满足定位误差指标要求。首先介绍光束定位误差分解方法,在光束对准过程中和打靶前,在多源激励作用下能改变光束着靶点位置的光学元件需要评估其支撑系统的稳定性设计,发展了光学元件稳定性指标分解方法用于其支撑系统的稳定性评估。从基频、环境随机振动、模态阻尼的角度讨论了支撑系统振动稳定性设计思路。光学元件的通用支撑系统采用大而重的钢筋混凝土和钢结构的混合结构,钢筋混凝土保证光学元件稳定性的同时,钢结构提供结构设计的灵活性。采用有限元技术分析光学元件在宽频环境随机振动作用下的响应,评估支撑系统的振动稳定性设计。描述了神光Ⅲ宽频环境随机振动和光束定位误差的测量,测量结果表明神光Ⅲ支撑系统满足设计要求,该技术能应用于激光驱动ICF装置支撑系统的设计。     

Nomex蜂窝夹层板弯曲性能温度相关性的实验研究

采用三点弯曲法对六边形Nomex蜂窝夹层板在不同温度下的弯曲性能进行了研究。根据蜂窝芯的正交各向异性特征,分别取面内的两个主方向为长度方向制作了L试件和W试件。在25 ℃、50 ℃、100 ℃、150 ℃和180 ℃下开展了弯曲实验,确定了弯曲刚度与剪切刚度。结果表明:随着温度的升高,两个方向上的弯曲刚度与剪切刚度均明显下降;当温度升高到180 ℃时,弯曲刚度与剪切刚度均低于常温时的20%。对于蜂窝夹层板在横向力学载荷作用下的破坏模式,当温度低于50 ℃时,多出现面板凹陷;当温度达到150 ℃甚至更高时,多出现面板与蜂窝芯脱离并向外凸出。文中研究成果可以为Nomex蜂窝夹层板在变温或激光辐照下的工程应用提供参考。     

基于激光剪切散斑技术分辨铝蜂窝缺陷类型

运用激光剪切散斑技术结合负气压加载,实现了蜂窝夹层结构内部缺陷类型的分辨,并使用数值计算方法分析不同类型缺陷在负压加载下的力学变形差异。文章首先制备了一块预置不同类型缺陷的卫星用铝蒙皮铝蜂窝夹层结构,缺陷类型分别为:上胶层垫膜、下胶层垫膜、去胶层、去胶层垫膜、去胶层油膜以及铣去蜂窝芯,尺寸依此为:10 mm、20 mm、30 mm和40 mm;接着简单介绍了剪切散斑干涉的基本原理,运用自行研制的激光剪切散斑系统结合负气压加载对蜂窝夹层试块加载;然后通过数值计算方法对比分析不同类型缺陷在负气压加载下的力学变形机理;最后使用热辐射加载进一步对样品进行探伤测试,分析两种加载方式的优劣。实验结果表明,激光剪切散斑干涉技术结合负气压加载可有效分辨铝蜂窝夹层结构内部的脱粘和夹杂等类型缺陷,数值计算方法可进一步佐证了实验结果。本文的研究可为蜂窝夹层结构的缺陷检测、缺陷类型分辨以及缺陷的力学变形机理分析提供技术支撑。     

广角长波红外物镜环境适应性分析

长波红外物镜受应用环境的影响很大,环境温度的变化会引起物镜的离焦效应,振动环境对光学装调提出要求,为了验证广角长波红外物镜的环境适应性能,对长波红外物镜的温度适用范围进行了理论计算,并通过光学设计仿真在该温度范围内物镜的成像质量,实际光学装调中考虑到光学物镜抗振性能,经过实际成像与振动试验得到,在?驻t=±15°范围内和经过正弦对数扫描振动与随机振动试验后成像质量均良好,试验结果验证了长波红外物镜的环境适用性,该物镜能够满足空间使用的要求。