高灵敏度大量程六维力传感器设计

为满足空间在轨组装望远镜地面装配试验的相关需求,综合考虑六维力传感器的量程、刚度和灵敏度等因素,设计了一种高灵敏度大量程六维力传感器。首先对经典十字梁六维力传感器进行数学建模,通过对比各通道单独作用时,应变梁表面应变和弹性体变形刚度的数学表达式,提出一套提高传感器灵敏度的改进方案;然后对传感器结构进行详细设计,并通过传感器的有限元仿真验证结构方案可行性;最后,对六维力传感器进行加工与标定,得到传感器线重复性误差小于0. 33%FS,力通道测量灵敏度大于0. 83 m V/V,力矩通道测量灵敏度大于2. 6 m V/V。该六维力传感器各项性能优良,目前已应用于在轨组装望远镜地面实验当中。     

空间红外望远镜无热化支撑结构形式综述

空间红外望远镜的成像质量依赖着低温深冷的环境。在这种环境下,对反射镜的结构及其支撑结构都提出了严格的要求。介绍了当前国内外望远镜的被动支撑结构(如bipod、hexapod和whiffle tree结构),然后对国内外望远镜的主动支撑结构形式和促动器的原理进行了分析说明。通过对国内外望远镜主、被动支撑结构的分析,对二者进行了对比,并指出了它们的优缺点以及各自适用的领域。提出了两种实现无热化支撑结构的方法：对于拼接式望远镜,采用whiffle tree结构和促动器的组合支撑形式;对于单块式望远镜,采用whiffle tree结构和A frame结构并搭配促动器的支撑形式。     

航空相机焦面组件相变温控设计及验证

航空相机焦面组件是机载电子设备中具有严格温度要求的重要组件,其工作期间温度过高产生的热噪声和暗电流将导致成像质量下降。讨论分析了某型航空相机焦面组件热设计的特点,采用封装有相变材料的相变温控系统进行散热,根据结构特点和导热路径,给出了热设计方案。采用有限元数值分析方法,建立了热平衡方程和热分析计算模型,应用热分析软件IDEAS-TMG在给定温度边界条件下进行瞬态仿真分析,给出了组件的热响应性能。热分析结果表明:焦面组件和散热器工作温度范围分别为18～31.1 ℃、18～28.2 ℃。所获得的分析结果能够满足热控指标要求。最后通过热实验对采用相变温控系统的热设计方案进行了验证,验证实验结果与数值分析结果吻合较好,结果对比最大偏差均不超过5%,验证了数值分析的正确性和温度预示的有效性。实验过程中焦面组件和散热器工作温度范围分别为18～32.3 ℃、18～29.6 ℃。     

气浮实验台位姿视觉测量方法

为了实现气浮实验台位姿的实时确定,提出了一种基于单目视觉的位姿测量方法。首先,设计了一种具有旋转、平移、缩放不变性且易于探测的圆形合作靶标;其次,结合靶标尺寸、形状以及安装位置,基于Blob分析快速识别合作靶标,保证了定位点提取的准确性;然后,提出一种在待识别区域内进行行、列扫描统计的靶标圆心测量算法,实现靶标圆心的快速、鲁棒提取;最后,结合计算机坐标系下的圆心位置以及视觉测量系统中坐标变换关系,解算气浮实验台的实际位姿。实验结果表明:该方法测量位姿精度较高,抗噪能力强,在处理1 600 pixel1 600 pixel图片的情况下,平均测量周期为53.086 ms （约19帧/s）,能够实现对气浮实验台位姿实时、精确、鲁棒的测量。     

有限状态自动机在助力器检测设备中的应用

针对目前我国真空助力器检测设备的落后现状,采用有限状态自动机与现代控制技术开发了一种新型的汽车真空助力器设备的微机检测系统;通过对检测设备整个系统和各个分系统的动态行为分析,建立整个系统和各个分系统的状态机和子状态机并依据此模型开发出检测系统主控软件;应用结果表明,利用该方案设计的检测主控软件,增强了系统的可靠性与稳定性;软件结构清晰,易于维护和扩展。     

大型光学载荷次镜调整机构优化设计及误差分配

设计了一种用于大型光学载荷次镜在轨位姿精密调整的Hexapod型平台机构,并对其进行构型参数优化以及各支撑杆和上下铰点误差限的最优分配。建立了Hexapod平台机构运动学模型和静柔度模型,分析了主要结构参数对机构性能的影响。按照次镜精调机构性能要求,提出了定位精度指标和抗变形指标,建立了以构型参数为变量的优化目标函数,并利用遗传算法对两个单目标函数进行优化。利用加权分配法构造统一约束目标函数,利用遗传算法对其进行多目标优化。然后,建立非线性最优误差分配模型,对各支撑杆和上下铰点进行误差分配。最后,通过对原理样机性能指标的测试验证了上述研究方法的效果。研究结果表明:优化前后动平台定位精度提高了8.3%,抗变形能力提高了62.5%,铰点误差限由2.7μm提高到6.3μm,支撑杆误差限由1.3μm提高到3.2μm。另外,实验测得Z轴相对定位精度为0.6%,静刚度达到41.14N/μm。本研究提高了次镜精调机构的定位精度和静载抗变形能力,有助于缩短设计、加工周期,节约设计、加工成本。     

用有限单元法(FEA)进行工程分析误差评价与控制

针对有限单元法在工程分析中如何评价建模误差及误差控制的问题进行了讨论。     

压电微马达有限元分析及实验研究

压电微马达是微型机械领域中的一个崭新课题,本文从动力学角度对压电微马达进行有限元分析,得出固有频率和定子表面切应力场等重要结论,并通过模型样机实验研究验证有限元分析结论的正确性,从而为压电微马达的优化设计奠定了基础。     

航天相机主镜热特性研究

研究了某航天相机的热特性,计算了该主镜在特定温度载荷下的温度分布,求解了该主镜的面型变化及达到热平衡的时间;同时对计算结果进行了分析;结合光学设计提出的要求,根据计算结果给出了主镜的温度水平和温度梯度变化范围指标,并提出了主镜热控设计的初步设想。     

空间光学载荷探测器组件抗冲击隔振设计

针对广角极光成像仪整机Z向冲击试验后探测器损坏的问题,提出在镜头组件与头部框架间设置隔振器的解决方法。首先,确定隔振方案为被动局部隔振;然后,从材料、刚度和安装方式等方面完成金属橡胶隔振器的设计。接着,运用有限元方法对结构进行模态分析和冲击载荷响应仿真分析。最后,对广角极光成像仪整机产品进行了力学实验,实验结果与仿真分析结果一致。实验结果显示:安装隔振器后,探测器位置测点的正弦振动加速度响应最大降低了26.2%,随机振动加速度响应最大降低了72%,冲击加速度响应最大降低了48%,说明该隔振器具有显著的减振效果。在实验完成后对产品进行检测,发现产品并无异常,说明结构设计满足要求。