空间凸轮-螺旋组合式折叠翼面展开机构设计及其运动特性分析

提出新型空间凸轮—螺旋组合式折叠翼面展开机构,分析其工作原理,确定其相关技术参数。基于解析法与反转法,对折叠翼面展开机构的功能执行部件———空间圆柱凸轮机构进行了运动规律设计和包括凸轮槽道廓线、压力角及廓线曲率半径的设计,建立了折叠翼面展开机构展开运动学理论模型并进行了求解,结果证明折叠翼面展开机构符合设计要求,其运动规律设计正确。     

考虑铰间隙的折叠翼展开机构展开过程碰撞动力学仿真分析

基于“二状态模型”的非线性等效弹簧阻尼模型,建立折叠翼展开机构的铰间隙碰撞模型,利用ADAMS软件对折叠翼展开机构的展开过程动力学进行仿真分析．包括间隙大小和间隙摩擦在折叠翼展开机构展开过程中引起的碰撞力变化规律。结果表明,在折叠翼展开机构整个展开过程中,由于间隙的影响,产生随机持续的碰撞力;随着间隙增大,碰撞次数减少,碰撞力幅值有增大的趋势;摩擦加快系统能量的损耗,一定程度上抑制了间隙碰撞次数和展开机构动力学扰动效应。     

飞行器折叠翼机构展开性能的优化及实验

为了优化飞行器折叠翼机构的展开性能,对飞行器的折叠翼机构进行分析,并提出了优化其展开性能的方法。建立了折叠翼机构展开的理论模型和动力学仿真模型,对折叠翼机构展开过程进行了动力学分析,并进行了实例计算。分析了影响折叠翼机构展开性能的因素,用正交试验的方法对折叠翼机构进行了优化设计,得到了最优折叠翼机构方案,并对最优方案进行了仿真分析。最后,按照最优方案折叠翼机构进行了改进,实验测试了折叠翼机构的展开性能。实验测得折叠翼机构展开时间为0.128s,测点位置应力分别为82 MPa和92 MPa;动力学仿真得到折叠翼机构展开时间为0.122s,相应测点位置应力分别为85MPa和96MPa,两项测试误差在5%以内。得到的结果表明折叠翼机构满足机翼展开稳定、快速,应力和冲击力小的要求,为飞行器性能的调高奠定了基础。     

无人机折叠翼展开动力学分析

折叠翼的展开性能关系着箱式发射无人机在发射后能否正常的飞行。以箱式发射无人机折叠翼为研究对象,根据其结构及工作原理,建立展开机构运动的微分方程;利用LMS Virtual.Lab建立展开动力学模型,分析机翼在不同扭簧刚度下的展开过程,得到机翼展开角度、角速度、角加速度和冲击载荷曲线;利用橡胶进行减振并探讨阻尼系数对减振效果的影响。结果表明:机翼能够在设计要求的时间内展开到位并锁定,加入橡胶后的冲击载荷降低了46.7%,随着橡胶阻尼系数的增加,振动逐渐减弱。     

空间大型可展开天线展开机构设计与分析

空间环形可展开天线借助于贯穿在杆件中的绳索的收卷完成展开,为了能精确测定已收卷绳长,使绳长作为天线展开程度的有力判据,文中设计了一种带绳索排布管理的动力展开机构。该机构利用原有展开机构的动力源,经过齿轮变速箱传动,由凸轮机构将展开电机的单向转动转化为过绳滑块的往复运动,来引导绳索在卷绳轮上按照一定的规律整齐排布。动力学仿真分析和功能试验,均证明该机构可以在承受一定负载的情况下平稳运行,绳索排布的效果良好。     

考虑共因失效的折叠翼展开机构可靠度分析

共因失效问题是系统可靠性研究的重要内容之一,而在目前的机构运动可靠性分析中往往忽略了共因失效效应。由于影响机构运动的外部因素(载荷)与机构运动参量(运动所需时间)是不同量纲的物理量,因此目前还没有类似于"应力-强度"干涉模型这样简单有效的机构可靠度模型。通过试验与仿真相结合的方式建立折叠翼展开机构虚拟样机,并用Monte-Carlo仿真方法验证了多组折叠翼展开机构组成的系统存在共因失效现象,提出一种新的考虑共因失效效应的机构系统可靠度模型。新模型根据概率统计平均的意义重新解释了两个随机变量干涉分析的基本概念,并将其拓展为给定风速下的折叠翼展开机构条件可靠度的随机风速加权平均模型,从而得到单个折叠翼可靠度计算模型。又因为在确定的风速下系统中各折叠翼展开时间为独立同分布随机变量,将系统中各折叠翼条件可靠度在全部可能的风速范围内进行统计平均即可得到机构系统可靠度模型。算例分析表明新模型可以在考虑共因失效的条件下精确计算展开机构系统可靠度,并且在应用时只需要得到几个确定性风速下展开时间的分布来预测系统可靠度,便于工程应用。     

折叠翼无人机集群发射装置设计与仿真

为了充分发挥无人机集群作战的优势，能够在复杂环境和多样任务下快速、可靠地完成无人机集群发射任务，设计了一种折叠翼无人机集群发射装置。首先通过分析无人机发射过程主要性能指标，进行群发原理研究及装置总体布置。以发射技术指标作为输入，确定装置的动力匹配方案，基于几何学和运动学关系完成各机构的详细设计，利用偏心块组件和间歇机构的协调配合，将电机的动力分时分段传输给发射机构和输送机构，储能弹簧循环弹射无人机。最后利用LMS Virtual.Lab软件进行多体动力学建模仿真，仿真结果表明：电机功率、无人机发射速度和发射频率满足设计要求，设计方案具有可行性。     

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。     

气浮悬吊式太阳翼重力补偿装置的设计与验证

针对滚轮滑车悬吊式重力补偿装置运行阻力大、气浮支撑式补偿装置无法满足机构向气浮平台方向运动的问题,提出了基于龙门架式支撑结构与横、纵双向气浮导轨相结合的悬吊式重力补偿装置设计方案。采用多段拼接技术解决了超长纵向导轨生产与装调难题;采用在纵向导轨拼缝两侧增设节流孔的方法,提升了纵向滑车在拼缝处的运行平稳性;在纵向导轨上采用倒"V"形工作表面,解决了因外力未通过质心可能引起横向导轨运行偏转的问题;采用挤压成型中空铝型材与碳纤维增强梁相结合的方法实现了大跨距横向导轨的减重与抗弯刚度的提升。经分析与试验验证,在单个悬吊点处悬挂90kg负载,该装置最大运行阻力系数不超过0.037%,运行范围可达2 m×20 m,在速度不超过1 m/s,加速度不超过0.3 m/s²的使用条件下,具有良好的动态跟随能力,可满足太阳翼、天线等大型空间可展开机构地面展开试验与性能测试的需求。     

空间可展机构弹性动力学特性研究

将多级剪刀机构与复式螺旋机构组合,提出了一种新型的径射状可展天线伸展机构。采用动力有限元法建立空间可展天线伸展机构的单支机构动力学模型,采用振型叠加法对该机构进行弹性动力学分析。分析后发现,各阶固有频率随展开角度的不断变大会发生交叉,得出了天线展开速度、结构参数对系统稳定性的影响规律。为研究可展机构振动稳定性条件提供必要的参考数据,并为该天线的伸展机构设计与结构参数优化提供了依据。     

燃油泵故障诊断试验装置及试验方案优化设计

针对现有燃油泵测试平台只能够完成简单的功能测试,在多故障模式条件下故障检测率低的问题,设计了一套燃油泵故障诊断试验装置及试验方案,并依据试验结果对方案进行了优化。该装置可针对燃油泵7种典型故障进行故障试验,并实时准确地采集其振动及出口压力信号。对采集到的信号进行故障特征提取,构造不同故障特征向量,比较不同传感器信号组合时的诊断效果,优化了传感器的布局。试验验证表明,该装置能够为燃油泵故障诊断提供可靠的故障数据,并且只需一个振动传感器和一个压力传感器就可以实现对泵的故障诊断,减小了工程应用中机载燃油泵状态监测系统的体积及复杂性。     

精确直线可展机构及其动力学分析

将Hart直线机构和剪叉机构相结合,提出一种仅含转动副的直线可展单元,并设计得到一种精确直线可展机构。根据机构结构学分析理论,阐述可展机构的模块化组成原理,将机构的组成分解为底部模块、中部模块和顶部模块,3种模块均由直线可展单元构成;对单个直线可展单元进行运动学建模,结合机构的模块化组成原理,推导得到任意模块间的运动学递推关系,求解得到多层模块条件下机构的整体运动学模型,运用Lagrange方程构建机构的整体动力学模型;以3层可展机构为例,对其进行动力学数值计算和虚拟仿真,验证所建运动学和动力学模型的正确性和有效性。通过给定末端执行器的输出运动规律,求解得到机构所需的驱动力矩,结果表明：末端执行器为正弦加速度曲线时,机构在整个工作周期内无冲击,运动稳定性好。     

星载柔性可展桁架结构的模态试验与分析

对于基频小于2Hz的小卫星柔性可展结构,因为普通的锤击测试法只能激发出柔性结构的局部模态,很难激发出整体模态。针对文中描述的小卫星柔性可展桁架结构,提出一种新颖的模态测试方法:采用绳索-柔性弹簧的重力卸载系统消除重力对模态的影响。利用绳索在19个花盘处同时进行重力卸载,并在吊索中部安装柔性弹簧避免对花盘产生附加刚度;将柔性可展结构分别置于水平、竖直两个方向进行模态试验,采用超低频激振系统进行激励,并利用激光位移传感器采集试验数据,提高了试验结果的准确性。试验结果表明:竖直悬吊方式更为准确,并将试验数据与有限元分析结果对比分析,结果显示两者较为接近,从而验证了试验方法的准确性。     

高压试验测试设备数字式校验系统的研制

研制的高压试验测试设备数字式校验系统主要针对交、直流数字高压表和分压器的校验工作,目的是提升校验工作的自动化程度和数据质量。介绍了校验系统的工作原理和核心技术,该系统是基于智能化仪器仪表、GPIB通信、同步触发、数据处理等技术实现的。经法定计量检定机构提供的试验数据,该装置性能参数达到设计要求。     

考虑多间隙的帆板式展开机构动力学分析

在轨运行的大型航天器都含有太阳翼等帆板式展开机构,这种机构发射时处于折叠状态,在轨时处于展开结构状态。帆板之间的铰链间隙对于航天器系统的在轨动力学行为会产生很大影响。利用Adams多体动力学分析软件构造了由卫星本体、帆板式展开机构、间隙铰链和柔性帆板组成的多间隙帆板式展开动力学模型,数值分析了在多间隙作用下展开过程的系统动力学特性,比较了不同间隙数目对系统动力学特性的影响。通过分析展开过程中铰链轴与孔体的接触碰撞力,发现间隙的增多会使轴孔碰撞更加强烈,次数更加频繁。通过分析帆板展开过程中的角加速度变化情况,得到了间隙铰碰撞对展开机构运行稳定性的影响。     

仪表自动化实验装置设计

介绍了新型仪表自动化实验装置的工艺流程和工作原理,通过不同工艺管路、执行器、控制器、动力源以及被控参数的组合,在实验装置中分别实现对温度、压力、流量、液位四大过程参数的控制。以温度控制系统为例,讲述了其设计过程,实现了对控制参数的整定,在实际应用中取得了很好的效果。     

基于Bennett衍生机构的固面可展开天线设计

固面可展开天线因具有型面精度高和工作频带宽的优点,被广泛应用于无线通信、深空探测和军事侦察等领域。为提高固面可展开天线的收纳比、同步性和展开可靠性,文中基于Bennett衍生机构开展了固面可展开天线的设计研究。首先,提出了一种天线展开方案,设计了反射面划分参数化计算流程。其次,引入四元数将反射面的双正交旋转轴等效变换为单旋转轴,采用Bennett衍生机构驱动该旋转轴,实现固面天线的展开与收拢。该研究结论为固面可展开天线的设计提供了技术参考。     

可重复展收单折伞状天线机构创新设计与实验验证

针对现有单折伞状天线无法实现自动重复展收的问题,创新性地提出一种滚动轴承结合销轴、丝杠结合推板的展收机构,并进行了原理样机设计与验证。所提展收机构由单折肋、中心座、丝杠、丝杠螺母、上下推板、挡板、滚动轴承、销轴等组成。通过电机带动丝杠往复运动,推板上下移动,辐射肋根部在上下推板间滚动,辐射肋绕销轴转动,挡板限位锁定的方式,弥补了现有单折伞状天线的不足,创新性地实现了单折伞状天线辐射肋的重复展开与收拢。对辐射肋进行了运动学分析,得出了角度、角速度以及角加速度之间的转换关系。同时对反射体中的关键零部件进行了力学校验,以确保其可行性。设计并制作了4 m口径可重复展收单折伞状天线原理样机。通过原理样机重复展收试验,验证了所提创新机构的有效性。