冲击载荷作用下火工分离保护装置的建模与分析

为了模拟空间火工分离保护装置冲击载荷下的动力学特性,首先,建立了该保护装置的简化模型,计算得到火工分离体的初速度,推导了装置的冲击变形和变形能公式;保护装置分别采用2A12、TC4、蜂窝夹层材料,建立三种材料的多线性本构模型,采用显式动力学求解步分析其冲击响应特性,分析可知,蜂窝夹层材料具有最佳的能量吸收特性,2A12的能量吸收特性介于蜂窝夹层材料和TC4之间,其塑性变形量适中;应变能释放和冲击碰撞的耦合分析可知,应变能占比小,体现为振荡衰减的过程,结构的冲击响应特性主要由碰撞冲击导致;试验表明,该火工分离保护装置的瞬态动力学过程与分析一致,局部最大应力为302MPa,冲击响应谱最大值为3242g,满足有效载荷的可靠解锁分离要求。     

以XML为基的PDM与CAQ集成研究

在分析产品数据管理(Product Data Management,PDM)系统和计算机辅助质量管理(Computer Aided Quality,CAQ)系统架构的基础上,提出基于可扩展标记语言(Extensible Markup Language,XML)的PDM与CAQ的集成框架,分析基于XML的PDM数据库表示模式,以及产品设计图文档信息的XML表示。基于CAQ系统平台开发了PDM集成模块,实现了对产品设计过程数据的集成共享。     

包带式解锁支座冲击环境研究

提出用于实现卫星与相机连接解锁功能的包带式解锁支座,对支座解锁时的冲击环境进行分析与探讨。介绍解锁支座结构原理,对支座解锁时的结构响应进行测量及数据分析。采用有限元分析软件进行瞬态分析,对实验及计算数据进行冲击响应谱分析。实验、分析结果表明,解锁冲击主要由解锁支座应变能释放造成;适当减小包带预紧力能降低结构的冲击响应;有限元分析能较精确预示低频冲击环境。为此类解锁装置设计与冲击环境预分析提供参考。     

包带式解锁支座的设计与试验

为了满足空间载荷在发射阶段的复杂动力学特性要求,并满足入轨之后的解锁分离,设计了一种爆炸螺栓驱动的包带式解锁支座,并对其进行了受力分析和爆炸螺栓拧紧力矩加载分析。建立了包带与支座的接触有限元模型,进行了预紧力加载分析和轴向拉伸载荷分析。由分析结果可知,包带上的应力分布沿着远离夹紧区域的方向逐渐减小,同时啮合区域的摩擦因数越大,包带的最大应力越小。分析了两种故障模式及其处理措施。振动试验表明：3个方向的均方根加速度放大倍率都很小,其一阶模态全部大于200Hz,满足刚度和承载能力要求;同时该装置解锁可靠性高,具有良好的冲击响应衰减特性。     

空间相机快速反射镜的两轴柔性支撑结构设计

快速反射镜是空间相机中常用的像移补偿装置,而支撑结构的机械特性将直接影响快速反射镜系统的响应速度及闭环带宽。以某近地轨道空间相机中的音圈电机驱动型快速反射镜为研究对象,设计了基于十字型柔性铰链的两轴柔性支撑结构,该结构具有空间利用率高、中心漂移小等优点。根据悬臂梁的挠曲线近似微分方程,建立了柔性支撑结构两轴转动刚度的数学模型,针对快速反射镜机构的谐振频率要求,选择了柔性铰链的主要结构参数,并利用有限元软件MSC.Patran对机构进行了模态分析,分析结果表明,快速反射镜机构在两个工作方向上的谐振频率分别为18.6 Hz和18.7 Hz,而其他非工作方向上的谐振频率均在292.2 Hz以上,证明了柔性铰链结构参数的选择具有合理性。为了检验理论模型的准确性,加工了快速反射镜的样机并搭建实验平台,对机构的转动刚度和谐振频率进行了检测,检测结果与理论分析得到的结果在允许的误差范围内具有一致性。     

空间相机调偏流机构运动公式的拟合

研究了空间相机调偏流机构运动公式的提取方法,以便提高运动机构精度,改善空间相机成像质量。分析了调偏流机构测试数据的分布规律,建立了它的分布规律模型。采用对角频率ω一维搜索的三参数三角函数拟合方法,对测试数据进行了最小二乘拟合,并研究分析了首次拟合残差的分布规律,提取并修正了其中的系统误差分量,从而进一步提高了拟合精度。试验结果表明:使用上述方法提取调偏流机构运动公式后,调偏流系统控制精度优于30″,与最小二乘拟合结果(最大拟合偏差20.5107″)相符,同时满足系统控制要求,不仅实现了高精度的偏流角控制,还降低了对零部件加工、装配的要求和制作成本。     

基于NiTi合金丝的反射镜柔性支撑结构的应力补偿

针对大口径反射镜柔性支撑结构中柔性槽根部的应力集中问题,提出将NiTi记忆合金丝复合于柔性槽周边的结构方案,借助其预应变产生的拉应力来降低柔性槽根部的应力并保证支撑结构柔性。首先,建立了柔性槽根部的应力分布方程,得出了柔性槽危险截面位置。然后,建立了NiTi合金丝的一维本构方程,设计了桥型和U型两种复合方案,并对其进行了有限元分析。结果表明,采用U型复合的柔性支撑结构的应力改善明显优于桥型复合结构,且对结构柔性影响较小。以NiTi合金丝的拉力F为设计变量,以支撑结构的最大应力p及变形量δ为优化目标,对U型复合结构进行了参数优化设计。优化结果表明,在F为200N时有最优解,p由76 MPa降到37.9 MPa,δ由0.031mm微降到0.028mm,并且最大应力位置偏离柔性槽根部危险区域。对所提出的U型复合方案进行了随机振动试验,试验结果表明,该应力补偿设计有效降低了柔性支撑结构的最大应力。