空间站大柔性太阳电池翼驱动装置的滑模伺服控制

针对空间站大柔性太阳电池翼高稳定对日跟踪驱动控制问题,提出了一种带运动规划和振动抑制的非线性快速终端滑模伺服控制方案。推导了太阳电池翼驱动状态方程、永磁同步电机动力学模型,同时考虑驱动装置传动间隙、静/动摩擦力矩切换等非线性传动特性,在动力学建模基础上设计高次样条运动规划、位置环积分分离调节器、速度环快速终端滑模变结构调节器的组合控制系统。通过对太阳电池翼对日跟踪过程的仿真校验,表明设计的控制方案可实现大惯量、超低频太阳电池翼较高的驱动速度稳定度和较好的跟踪精度。     

空间站柔性太阳翼热诱发振动分析

柔性太阳翼随空间站在轨运行时会受到周期性的热载荷作用,为研究热载荷对柔性太阳翼的影响,采用热-结构非耦合分析方法对柔性太阳翼进行了热诱发振动分析。提出了等效位移法,按照节点位移等效原则计算柔性太阳翼有限元模型各节点的等效温度载荷,再以该载荷为激励计算柔性太阳翼的动态响应。通过自编的Python程序实现等效温度载荷计算过程中的数据处理,以及热诱发振动分析流程中的有限元前后处理。通过与理论解和数值解作对比,验证了基于等效位移法求解等效温度载荷并用于非耦合热诱发振动分析的方法的准确性。通过对柔性太阳翼的热诱发振动分析,得到了柔性太阳翼的动态响应数据,发现了柔性太阳翼出地球阴影区时的刚柔耦合情况。分析结果可以为柔性太阳翼的设计和改进以及在轨的安全性、可靠性的评估提供参考。     

悬吊式模态试验系统基频测试误差分析

针对悬吊式超低频模态试验系统,分别建立垂直和水平方向等效理论计算模型,采用瑞利法求解垂直和水平两个方向的系统基频,建立基频测试值和真实值的等量关系式;分析了两个方向基频测试误差产生机理、影响因素和变化趋势,结果表明悬吊式超低频模态试验系统垂直方向基频测试值偏低,水平方向基频测试值偏高,并提出通过基频测试值,计算产品真实基频的方法和步骤;最后,通过开展标准杆基频试验以及有限元仿真分析,验证了垂直和水平两个方向等效理论计算模型正确有效。     

效率最高柔性太阳电池

研究人员发明了一种可以镶嵌在纺织品表面的硅太阳能电池，这种以硅为基础的轻便型太阳能电池应用前景广泛，也是迄今为止效率最高的柔性太阳电池。     

柔性太阳电池发展研究

柔性太阳电池可应用在卫星、飞艇、无人机、单兵装备、光伏建筑一体化以及可穿戴智能设备上,极具发展前景。本文介绍了柔性硅薄膜太阳电池、柔性碲化镉太阳电池、柔性铜铟镓硒太阳电池和柔性钙钛矿太阳电池的电池结构、制备方法和发展现状,分析了柔性太阳电池效率提升以及产业化过程中存在的问题,并从柔性衬底选择、电池效率提升、产业化装备制造等几个方面,对柔性太阳电池下一步发展提出了建议。     

钣金件模态分析及设计优化

采用ANSYS有限元分析软件进行钣金件的模态分析,计算钣金件的自然频率及模态振型,并由自然频率和模态振型进一步讨论如何提高钣金件的结构刚性,最终设计出合适的钣金件结构.     

柔性薄膜太阳电池的研究进展

综述了近年来柔性薄膜太阳电池的发展状况,结合柔性薄膜太阳电池的发展历史,分析了用作柔性衬底薄膜太阳电池的研究成果,探讨了各种器件结构的优缺点,并介绍了柔性衬底材料的选择及柔性太阳电池的研究进展。     

仿生扑翼模态分析研究与优化设计

微型扑翼飞行器是微型飞行器和扑翼飞行器的结合,是飞行器设计领域的研究热点,但在低雷诺数下存在升力不足的现象。已有研究表明,扑翼的弯扭耦合对于提高升力有效,弯扭耦合可通过共振激励放大驱动机理来实现,但该机理对扑翼的模态提出要求。本文首先建立仿生扑翼有限元模型,对其进行模态分析,并提出1种适用于扑翼的模态种类判别方法。为满足模态要求,提出了2种改进方案,并进行了有限元仿真验证。结合两种改进方案,提出双斜梁-主梁变截面扑翼模型。基于PCL语言对该模型进行参数化建模,采用遗传算法对其进行尺寸优化,得到满足模态要求的相对理想的仿生扑翼,为仿生扑翼的设计和优化提供重要的科学依据和工程应用价值。     

柔性染料敏化太阳电池光阳极的优化及叠层电池的初步研究

在前期对冷等静压制备柔性染料敏化太阳电池(DSC)研究的基础上, 开展了浆料的优化及叠层DSC的研究。首先利用水热法处理由小颗粒P25调配的浆料, 发现处理后浆料的稳定性及DSC的效率得到了大幅提高。在P25浆料中加入不同比例200 nm TiO₂大颗粒提高光散射, 当P25与200 nm TiO₂比例为4:1时, DSC获得最高光电转换效率3.11%。在此基础上, 尝试用N719和N749双层染料敏化, 发现双层染料敏化后电池的效率介于N719和N749单独敏化的电池效率, 这可能是由于光阳极变厚不利于电子传输以及染料相互接触影响染料纯度, 光阳极厚度及电池结构有待于进一步优化。     

机器人柔性手臂动力分析的模态综合法

在机器人柔性手臂动力学的有限元分析中,往往导致很高的自由度,加之动力学方程的时变性,其动力响应的计算不仅十分复杂,而且可能因计算机内外存容量的限制及昂贵的机时费用而难以实现.本文将模态综合法引入机器人柔性手臂的动力学分析,把柔性手臂的各部件隔离成自由界面子结构,把其动力学有限元方程投影到各自的模态空间中,关节连接件(关节集中质量、关节阻尼、关节弹性)处理成耦合件,最终在诸子结构的模态坐标集上建立了整体系统的运动微分方程,使之大幅度降阶.     

含铰柔性结构的非线性模态分析

建立了含铰柔性结构的非线性动力学模型,利用打靶法和伪弧长法计算该结构的非线性模态和频率-能量关系图,研究含铰柔性结构的非线性特性。其次,考虑非线性铰链刚度对结构动态特性的影响,讨论了不同线性/非线性刚度与结构的非线性模态及频率-能量曲线的关系。利用非线性三自由度保守系统的模态分析,阐释频率-能量曲线能够直观反映结构的非线性特性:固有频率变化及分叉、模态转换及内共振。对含铰柔性结构的非线性模态分析及参数影响研究表明:1)含铰柔性结构的固有频率与输入能量存在明显非线性特性;2)铰链非线性刚度的增加,使得含铰柔性结构的固有频率和模态在较低的振动能量下即可发生较大变化;其次,随着线性刚度的增加,非线性特性减弱,各阶固有频率的相对变化降低,频率-能量关系图由曲线变为直线;3)较高的振动能量在结构模态之间发生转换,使得结构出现明显的内共振非线性特性。     

太阳电池翼的高精度质量特性测试方法研究

航天器的质量特性(包括质量和质心等)是影响航天器在轨运行的重要参数。为了解决太阳电池翼传统质量特性测试方法中存在的测量精度低、测量效率低、测量手段落后的问题,设计了一种高精度、高效、自动化的太阳电池翼质量特性测试方法。通过姿态调整装置对太阳电池翼进行倾斜姿态调整,并采用多次测量值取算数平均的方法,测得太阳电池翼的质量和质心。姿态调整装置可匹配太阳电池翼多种接口形式,实现多平台太阳电池翼俯仰姿态（0°~60°）的调整,并结合所提方法的集成软件算法,实现太阳电池翼质量、质心的自动求解。最后通过实验验证了所提方法的可行性。结果表明所提方法的质量测量精度高于0.01%G（满量程）+0.1kg,质心测量精度高于0.5 mm,测量时间从原先的8 h缩短至40 min,在满足测量精度的基础上,提高了太阳电池翼质量特性的测试效率,大大节省了人力成本,为后续航天器太阳电池翼生产线量产奠定了基础。     

基于非线性瞬态响应的空间站柔性太阳翼在轨载荷分析

针对展开面积大、机构环节多、带有柔性索/膜结构的空间站太阳翼,建立精细的有限元模型、分析其在轨高强度激励条件下的瞬态变形和应力是强度设计所必须完成的环节。利用"间隙-接触"(Gap)单元的力学特性,将其倒置后作为钢丝绳与收藏箱的连接单元,一举解决了柔性阵面预紧力施加、钢丝绳不连续拉压刚度模拟以及收藏箱弹性变形补偿等多个问题,成功获得了太阳翼重要部件的瞬态剪力、弯矩等载荷结果,为产品设计提供了重要决策依据。结果表明基于线性模型的计算方法应用于此问题时存在显著不足。     

柔性供应链的优化及供应商响应时间分析

针对Ricardo提出的柔性供应链结构,赋予其新的涵义：在顾客订单分离点之前,采用模块化技术,以获得规模经济效益;在订单分离点之后,采用延迟生产,以获得范围经济效益。同时以柔性供应链各节点的成本和客户服务水平为优化参数,建立多目标函数优化模型,并借助于MATLAB的GAOT,利用遗传算法求解。最后在优化结果的基础上,研究了柔性供应链的供应商响应时间(Supplier Response Time,SRT),描述了目标SRT与安全库存、客户服务水平的关系及相互影响。     

半柔性悬挂结构分析的子结构模态法

针对一种半柔性悬挂减振结构提出其简化计算方法。根据这种结构的特点,将柔性悬挂层作为连接子结构,应用子结构模态综合法分析结构动力特性,得到结构的简化运动方程;分析了柔性层与悬挂楼面层间刚度比和综合模态数对结构简化计算精度的影响;提出了确定参与综合模态数的选取方法;基于模态综合法进行了算例的时程分析对比。结果表明:采用合理的子结构模态法减少了参与结构分析的自由度数目;综合模态数对结构计算精度的影响更显著。子结构模态法具有应用方便、计算精度高的特点,完全可以满足工程分析的需要。     

饲草揉碎机转子模态分析及结构优化

针对目前饲草揉碎机转子工作时存在振动、噪声大的问题,为避免发生共振,采用理论分析和有限元仿真方法对转子自由模态进行计算,并通过模态试验对理论分析和数值计算结果进行验证。在此基础上,采用流固耦合方法对转子进行预应力模态分析。对转子进行共振分析发现激振频率与转子低阶频率较接近,极易发生共振,为增大激振频率和转子低阶频率避开率,基于响应面法对影响转子振动特性的结构参数进行优化。分析结果表明:预应力对转子的前3阶模态影响较大,频率分别提高了14.01%、12.01%以及10.54%;锤架板厚度对转子第1阶频率影响较大,主轴直径次之,锤架板直径影响最小;优化后频率避开率由原来的5.03%增大为20.83%,避免了共振的发生,且转子强度和刚度均满足使用要求。     

由柔性微电池组造成的太阳电池板

美国伊利诺伊州立大学研究人员报道,用硅微电池组构成的柔性组件可像一般太阳电池板一样工作,但用硅量少得多,且制造成本低。这个研究团队开发了一项技术,综合光刻与印刷技术制成了厚度仅为普通光电池十分之一的硅电池阵列。为了制成柔性光电池板,从硅晶片上以刻蚀法得到长1．5mm、宽50μm、厚15μm的微小单晶硅条。     

展向柔性对扑翼推力影响原因的数值分析

为研究展向柔性对扑翼推力的影响及产生影响的原因,该文使用一种折叠翼模型作为研究对象,改变展向折叠的弹性系数,联立求解N-S方程和刚体运动方程,并进行了展向柔性对推力影响原因的分析。结果表明：适当的展向柔性可以减小阻力系数,但过大的展向柔性却会增加阻力系数;展向柔性之所以能够改变阻力系数,是因为展向柔性的引入改变了有效攻角沿展向的分布。若展向柔性的引入能够增加有效攻角绝对值沿展向的分布,那么就可以减小瞬时阻力系数。     

除湿机多翼离心式风机性能数值分析及结构优化

为提高除湿机性能,运用FLUENT对多翼离心式风机7种叶形方案进行数值模拟,分析流场内静压与速度分布,得出最优方案并进行试验验证。试验结果表明,叶片数为65且出口安装角为141°的方案相比于叶片数为67且出口安装角为137°的方案:相同电压下,除湿机风量提高约6.2%;相同风量下,功率降低了6%;噪声最高降低了0.8 dB(A)。该研究结果对离心式风机的优化设计具有参考意义。     

柔性扑翼气动性能的数值研究

国内外对扑翼飞行的气动特性进行了大量研究,这些研究大多基于简谐扑动的刚性翼,然而大量观察发现鸟或昆虫飞行时,翅膀存在明显的柔性变形,这种变形对其气动性能具有显著的影响。该文针对一简化的二维柔性扑翼模型,采用数值求解N-S方程并耦合扑翼柔性变形方程的计算方法,研究了扑翼柔性变形对其气动性能的影响。结果显示扑翼的柔性变形改变了扑翼周围的涡结构,从而影响扑翼的气动性能;适当的柔性变形能延迟前缘涡的脱落,从而有效地改善扑翼的推进效率,但同时减弱了扑翼在低雷诺数环境中产生高升力的尾迹捕捉机制。