微重力落塔电磁悬吊、释放技术研究

论述了微重力落塔电磁悬吊、释放、提升机构的关键技术,电磁释放过程的特性分析以及微重力落塔实际试验的情况。分析说明:悬吊、释放性能的好坏决定了试验落舱的微重力水平,也是微重力落塔试验能否成功的关键技术。     

不同重力环境的空间机械臂自抗扰轨迹跟踪控制

针对空间机械臂在地面装调与空间应用时,由于重力环境变化导致机械臂模型发生变化的问题,提出了一种自抗扰控制算法,用于完成空间机械臂轨迹跟踪控制的任务.该算法通过将系统模型及未知外扰作为系统的总和扰动,并利用扩张状态观测器对该扰动进行观测且给予补偿,从而提高了系统抗扰的性能.当机械臂模型随重力环境变化而发生变化时,使用同一个自抗扰控制器对其末端轨迹进行控制,均能取得较好的控制效果.通过对系统的稳定性进行分析,证明了所设计控制器的有效性.将仿真结果与PD控制及自适应鲁棒控制做比较,结果表明该控制算法不仅能适应机械臂模型的变化而且还能有效抵抗系统的扰动,从而使系统具有较强的鲁棒性.     

微重力偏晶合金凝固特征SCIEI

对在微重力条件下获取的Al-In(95wt-%)偏晶合金的显微组织特征进行了分析,结果表明,在空间制取的试样的Al枝晶中,还存在着大量的In质点;并且这些质点的分布具有某种规律性,由此形成了与地基样品显微组织上的明显差异,反映出一种与重力效应相关的材料凝固特性。     

微重力模拟装置中悬吊弹簧局部模态动力学建模与试验研究

微重力模拟下的地面试验是验证隔振器能否在轨可靠工作的重要措施之一。通常采用悬吊法进行微重力模拟时,悬吊弹簧局部模态处的振动很容易引入隔振上平台。针对悬吊弹簧阻尼低,局部模态振动限制主动隔振控制性能的问题,采用PVC胶带与悬吊弹簧并联的方式提高弹簧阻尼;建立了微重力模拟装置中加胶带悬吊弹簧的连续动力学模型,对比研究纯悬吊弹簧模态振动和加胶带悬吊弹簧模态振动对隔振上平台的影响;搭建了地面试验验证系统并通过试验验证了悬吊弹簧动力学模型的准确性。试验结果表明,粘贴PVC胶带能够起到增加悬吊弹簧阻尼的效果,可以将弹簧的模态振动降低到1μg以下,从而减小模态振动对被动隔振的影响,并有效缓解模态振动对主动隔振控制性能的限制,这种状态能够更准确地反应在轨工作状态。     

重力对镍基单晶高温合金枝晶生长和微观偏析的影响

使用长50 m的落管研究Ni-Cr-Al-W-Ta镍基单晶高温合金在重力(1g)和微重力(μg)条件下的凝固行为。用金相显微镜(OM)观察合金的凝固组织并用图像分析软件测量和统计一次和二次枝晶间距,使用扫描电镜能谱(SEM-EDS)测定不同位置枝晶干与枝晶间的化学成分并计算微观偏析系数。结果表明,在重力和微重力条件下这种合金的枝晶特征和合金元素的微观偏析明显不同。重力样品一次和二次枝晶间距比微重力样品的大,随着凝固距离的增大一次枝晶间距的差异变大,而二次枝晶间距的差距变化不大。随着凝固的进行,微重力样品枝晶间Ta、Cr和Al元素的含量呈现先明显升高后略微降低的趋势,W元素含量呈现逐渐下降的趋势,枝晶间液相的密度呈现略微降低的趋势。重力样品枝晶间Ta、Cr和Al元素含量的分布趋势与微重力样品基本相似,W元素含量的分布则与微重力样品明显不同,大部分凝固阶段呈上升趋势,使枝晶间液相的密度沿逆重力方向提高。上述结果表明,在重力条件下凝固前沿溶质密度差导致的对流作用微弱,不是造成枝晶间距增加的主要原因,主要原因应该与凝固前沿热对流造成的温度梯度的降低有关。     

超导磁体系统产生的磁场作用下的微重力环境

超导磁体系统产生的磁场力可抑制晶体生长过程中的自然对流,从而提高晶体结晶质量。通过理论分析,得到了实现微重力环境所要求的磁场强度分布。针对特定结构的超导磁体系统,数值模拟得到了不同晶体结晶过程中自然对流完全抑止所需要的线圈电流密度,以及工作空间内的磁场强度和磁加速度。以圆筒内水的自然对流为例,分别得到了重力作用下的流场和温度场,以及超导磁体系统微重力区内的流场和温度场。结果表明:通过特定的超导磁体结构和不同电流密度,可实现不同晶体结晶过程的微重力环境,达到抑止自然对流的目的。     

板式贮箱中蓄液器的初步设计及分析

蓄液器是板式表面张力贮箱最重要的组件之一，它即可以和导流板搭配使用，也可以单独使用，来对推进剂进行有效管理。本文介绍了蓄液器在板式贮箱中应用的：睛况，并对蓄液器在微重力环境下利用表面张力蓄留液体的原理进行分析，得到蓄液器工作的基本方程，通过对该方程进行求解，得到蓄液器的临界加速度，以及在各种微重力加速度下咱勺最大蓄液量、临界蓄液量和推进剂残留量，进而得到蓄液器的有效蓄液量，对蓄液器的性能进行全面评估，为蓄液器的优化设计和微重力试验验证提供指导和依据。     

微重力落塔落舱释放控制振动信号的小波分析

论述了微重力落塔落舱电磁悬吊、释放、提升控制系统的关键技术,结合电磁释放系统特点,分析了释放时振动信号的特点,介绍了应用小波分析方法进行信号去噪的基本原理.基于阈值小波变换去除振动信号高、低频噪声,然后应用小波包分解方法获取信号的特征量从而进行信号的重构,消除瞬态突变干扰信号,并对系统结构和组成进行了分析.实验结果表明:该方法可以有效地进行信号的消噪,并获取真实的释放振动信号.     

空间微重力环境地面模拟系统的控制器设计

针对小型和迷你型试验目标,提出一种新的空间微重力环境模拟系统.系统采用平面气浮和气缸垂直悬浮组合方案来模拟空间微重力环境,并采用恒张力控制思想来模拟垂直地面方向上的微重力状态.采用RBF神经网络控制和滑模变结构控制复合控制方案,其中RBF神经网络用于逼近和补偿系统的不确定信息,并作为前馈补偿使跟踪误差快速收敛;通过滑模变结构控制消除RBF神经网络的逼近误差和不定随机干扰的影响,保证系统的鲁棒性.实验研究结果表明,该控制方案是有效的,系统具有较好的动态响应能力、鲁棒性和自适应能力.     

预制剪力墙优化灌浆及微重力流补浆技术应用

预制装配式结构施工中,为加强灌浆的质量控制,解决套筒灌浆不密实的情况,研发了预制剪力墙优化灌浆及微重力流补浆技术,采用BIM技术对预制剪力墙灌浆结构进行优化,再利用观测孔与弯联管连接,对套筒内进行灌浆料的超灌,连接管内的灌浆料在自身重力的影响下,对套筒内部空腔位置进行补浆,实现了对内部套筒灌浆的密实度保障,提高了预制剪力墙施工的可靠性。