检索结果-内蒙古大学图书馆

中国空间科学技术(中英文) 2025年第2期45卷 70-78页

作者：邹元杰邓润然史纪鑫葛东明北京空间飞行器总体设计部

在完备的柔性航天器动力学二阶微分方程一般形式的基础上，提出一般方程的工程简化方法。首先，采用平动集中质量方法对相关积分项进行了简化处理，忽略单元自身转动惯量对总惯量的影响以及板壳单元、梁单元等转角运动的影响，将体积分... 详细信息

在完备的柔性航天器动力学二阶微分方程一般形式的基础上，提出一般方程的工程简化方法。首先，采用平动集中质量方法对相关积分项进行了简化处理，忽略单元自身转动惯量对总惯量的影响以及板壳单元、梁单元等转角运动的影响，将体积分运算统一转化为节点相关变量与平动质量乘积的求和运算；其次，依据“小变形假设”,对含结构变形参量的方程系数矩阵进行简化，忽略结构振动位移对节点位置矢量的影响，使非线性系数矩阵转化为常系数矩阵。通过简化处理，柔性航天器动力学方程一般形式的所有项均被保留，而其积分项和系数矩阵的计算，在满足工程精度要求的前提下得到大幅简化，便于编程实现和工程实施。提出的工程简化方法主要用于柔性航天器在大范围、复杂运动过程中的动力学仿真分析，后续可以由单体动力学进一步拓展至多体动力学，解决在轨组装航天器、空间机器人/机械臂等空间结构系统的柔性多体动力学问题。数值算例验证了工程简化方法的合理性和有效性。

关键词：柔性航天器动力学一般形式工程简化方法平动集中质量方法

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嫦娥五号月球轨道交会导引策略设计

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航空学报 2023年第5期44卷 237-252页

作者：孟占峰高珊盛瑞卿北京空间飞行器总体设计部北京100094

嫦娥五号任务实现了国际首次月球无人轨道交会对接,本文详细介绍了其最终飞控实施所采用的交会导引策略的设计模型、方法和工程实现考虑。讨论了嫦娥五号月球轨道交会任务的工程设计约束和关键参数的确定,提出了一种月球轨道交会的交班... 详细信息

嫦娥五号任务实现了国际首次月球无人轨道交会对接,本文详细介绍了其最终飞控实施所采用的交会导引策略的设计模型、方法和工程实现考虑。讨论了嫦娥五号月球轨道交会任务的工程设计约束和关键参数的确定,提出了一种月球轨道交会的交班点确定方法。提出了一种新的四脉冲交会策略,通过引入径向变轨控制量,固定各次变轨点位置,解决了在月球背面测控遮挡约束下确保各次变轨全过程测控可见的工程难题。针对新四脉冲方案,采用近圆轨道偏差方程提出了一种新的初值求解方法,构造了基于微分修正的精确数值求解算法,并推导了求解所需的状态转移矩阵的解析表达形式。建立了测控约束下的交会导引约束优化模型,获得了测控约束下的最优能量解,并揭示了问题的全局特性规律。给出了所提出方法在嫦娥五号实际任务中的应用,验证了此方法的正确性。

关键词：嫦娥五号月球轨道交会状态转移矩阵约束优化

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空间薄膜结构粘接缝模型的建立与验证

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宇航学报 2023年第11期44卷 1777-1784页

作者：操安博林秋红邱慧李潇刘志全北京空间飞行器总体设计部北京100094

针对Hart-Smith板壳粘接缝模型不适用于空间薄膜结构粘接缝的问题及空间薄膜结构高精度设计中粘接缝二维模型缺失的问题,开展了空间薄膜结构粘接缝模型的建立与验证工作。首先基于Kirchhoff板理论建立了空间薄膜结构粘接缝的三维模型,... 详细信息

针对Hart-Smith板壳粘接缝模型不适用于空间薄膜结构粘接缝的问题及空间薄膜结构高精度设计中粘接缝二维模型缺失的问题,开展了空间薄膜结构粘接缝模型的建立与验证工作。首先基于Kirchhoff板理论建立了空间薄膜结构粘接缝的三维模型,计算了粘接缝内部剪应力和剥离应力分布;其次,将三维模型映射到二维,建立了薄膜粘接缝二维等效模型,给出了二维等效模型的杨氏模量和强度的计算方法;最后,对薄膜粘接缝二维等效模型进行了仿真校验,仿真结果表明,根据二维等效模型求得的杨氏模量误差为4.5%~11.8%,且该误差与粘接缝宽度正相关。仿真校验证实了粘接缝的主要失效模式为剪切,且粘接缝的等效强度不受粘接缝宽度影响。当粘接缝宽度为5 mm时,二维等效模型比Hart-Smith模型求得的等效强度误差减小了29.2%。薄膜粘接缝二维等效模型为空间薄膜结构高精度设计提供了参考。

关键词：空间薄膜粘接缝 Kirchhoff板 Hart-Smith模型

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载人月面着陆器飞行策略优化研究

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宇航学报 2023年第9期44卷 1360-1369页

作者：黄震孙兴亮余欢朱恩涌北京空间飞行器总体设计部北京100094

载人月面着陆器主要负责航天员和探测载荷在环月轨道和月面之间的往返运输,速度增量需求高达5000 m/s,主要设计难点在于推进剂和平台干重的质量控制,实现任务效益的最大化。以整器全任务剖面推进剂使用量控制为目标,在总体层面系统性地... 详细信息

载人月面着陆器主要负责航天员和探测载荷在环月轨道和月面之间的往返运输,速度增量需求高达5000 m/s,主要设计难点在于推进剂和平台干重的质量控制,实现任务效益的最大化。以整器全任务剖面推进剂使用量控制为目标,在总体层面系统性地提出了飞行策略优化思路,包括基于最低发射窗口的地月转移设计、基于轨道摄动的环月设计、基于两舱均衡消耗的环月降轨设计、基于中途分离的动力下降设计、基于最佳推重比的月面上升设计、基于快速自主的月轨交会对接设计6方面的正常飞行策略,以及基于物资抛分的异面上升设计、基于兰伯特变轨的应急交会策略、基于PRA的多重故障应对策略3方面的应急飞行策略,为载人月面着陆器飞行任务规划和轨道设计提供借鉴和参考。

关键词：载人月面着陆器推进剂控制飞行策略优化

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新一代载人飞船返回舱着水方案研究

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宇航学报 2023年第12期44卷 1820-1829页

作者：李喜晟余抗田林李志杰梁鲁王平郝平北京空间飞行器总体设计部北京100094

载人航天器带气囊返回舱着水过程涉及刚柔耦合、流固耦合等复杂动力学行为,对实现新一代载人返回舱的海上安全回收至关重要。通过数值仿真和试验对返回舱着水方案进行了系统分析,首先利用LS-DYNA软件建立了返回舱着水动力学模型,其次对... 详细信息

载人航天器带气囊返回舱着水过程涉及刚柔耦合、流固耦合等复杂动力学行为,对实现新一代载人返回舱的海上安全回收至关重要。通过数值仿真和试验对返回舱着水方案进行了系统分析,首先利用LS-DYNA软件建立了返回舱着水动力学模型,其次对不带气囊的返回舱斜切着水、带气囊的返回舱垂直着水和斜切着水方案进行仿真分析,一方面通过与试验对比验证了研究方法的正确性,另一方面通过综合对比3种方案着水过程中返回舱质心处的过载曲线与水面压力水平,发现垂直着水时返回舱过载和水面压力远大于斜切着水时,带气囊斜切着水时的水面压力小于不带气囊着水时的水面压力,最终得出带气囊斜切着水方案更优。

关键词：返回舱气囊着水刚柔耦合流固耦合

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空间含镀层薄膜天线应力均匀化分析与验证

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宇航学报 2023年第2期44卷 187-196页

作者：操安博刘志全林秋红邱慧李潇北京空间飞行器总体设计部北京100094

针对空间大尺度含镀层薄膜天线建模中尚未涉及镀层对应力均匀性影响的问题,以及双轴张拉试验装置施加拉力不均、薄膜平面度不足的问题,开展了空间含镀层薄膜天线应力均匀化研究。首先,进行了含镀层薄膜单元的力学建模,用经典层合板理论... 详细信息

针对空间大尺度含镀层薄膜天线建模中尚未涉及镀层对应力均匀性影响的问题,以及双轴张拉试验装置施加拉力不均、薄膜平面度不足的问题,开展了空间含镀层薄膜天线应力均匀化研究。首先,进行了含镀层薄膜单元的力学建模,用经典层合板理论推导了含镀层薄膜区域的力学特性参数(杨氏模量和泊松比);其次,为了获得建模所必需的薄膜基底和镀层两个组分的力学特性参数,开展了均载薄膜双轴张拉试验,分别测得了镀层和薄膜的杨氏模量和泊松比;然后,在力学建模的基础上,分析了平面薄膜天线设计参数对应力均匀性的影响,得出了薄膜面积、厚度、边荷载、薄膜材料对应力均匀性的影响规律;以薄膜内应力标准差最小为优化目标,对空间大尺度含镀层薄膜天线进行了优化设计,使优化后的薄膜内应力标准差减小为优化前的4.6%;最后,对蠕变抑制效果进行了仿真校验,优化后的薄膜结构工作10年时蠕变导致的位移减小为优化前的27.6%,优化设计对空间大尺度薄膜的蠕变起到了有效的抑制作用。

关键词：航天器镀层双轴张拉应力均匀性

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地磁测量卫星光学平台结构热稳定性设计与校验

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宇航学报 2023年第10期44卷 1604-1612页

作者：张欢刘志全于春宇罗文波袁丁北京空间飞行器总体设计部北京100094

针对地磁测量卫星光学平台(OB)结构与伸杆弯曲、扭转等整体热变形解耦难,星敏支架材料各向异性且可设计性差和多项精度指标下热稳定性设计与校验缺失的问题,开展了光学平台结构热稳定性设计,实现了中部臂杆整体热变形解耦。基于有限元方... 详细信息

针对地磁测量卫星光学平台(OB)结构与伸杆弯曲、扭转等整体热变形解耦难,星敏支架材料各向异性且可设计性差和多项精度指标下热稳定性设计与校验缺失的问题,开展了光学平台结构热稳定性设计,实现了中部臂杆整体热变形解耦。基于有限元方法(FEM),选定综合性能最佳的材料组合,给出了材料匹配性规律。用热变形测试结果修正后的有限元模型分析校验了准运动学支撑的热变形解耦能力。开展了在轨全周期热变形分析,结果表明,光学平台星敏光轴间夹角峰-峰值最大为1.24″,星敏光轴与磁强计体轴间夹角峰-峰值最大为3.13″。在相似使用环境下,所设计的光学平台结构星敏光轴间夹角变化均方根值较SWARM卫星的对应值减小约82%,验证了光学平台结构热稳定性设计的有效性。

关键词：光学平台结构准运动学支撑热稳定性有限元分析热变形分析

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基于SysML和Modelica的载人月球探测航天器总体设计与仿真验证

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宇航学报 2023年第9期44卷 1460-1470页

作者：彭坤韩冬刘霞梁鲁北京空间飞行器总体设计部北京100094

针对载人月球探测任务飞行模式复杂、航天器状态多、技术指标要求高的问题,基于SysML和Modelica建模语言对载人月球探测航天器进行总体设计和仿真验证研究,结合航天器型号流程提出一套基于模型的载人月球探测航天器总体方案设计流程。... 详细信息

针对载人月球探测任务飞行模式复杂、航天器状态多、技术指标要求高的问题,基于SysML和Modelica建模语言对载人月球探测航天器进行总体设计和仿真验证研究,结合航天器型号流程提出一套基于模型的载人月球探测航天器总体方案设计流程。首先基于SysML语言从工程总体需求出发,逐项分解出系统级需求;其次根据工程总体提供的载人月球探测飞行模式开展系统行为分析,同步设计应急救生方案;再次通过系统行为分解航天器功能模块及分系统,赋予物质、能量和信息描述;最后基于SysML模型搭建Modelica仿真体系,对航天器系统的总体参数进行仿真验证,同时经仿真确认后将功能、性能参数进行条目化分解,形成系统总体对分系统的需求。以载人月球探测航天器系统为例验证了设计流程有效性,为其它航天器MBSE应用提供参考。

关键词：基于模型的系统工程载人月球探测需求分析系统架构系统仿真

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新一代载人飞船可重复使用技术体系研究

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宇航学报 2023年第9期44卷 1329-1336页

作者：余抗吴文瑞苏令马晓兵北京空间飞行器总体设计部北京100094

针对空间站大规模空间应用和载人深空探测计划中天地往返运输成本高昂这一主要制约因素,在中国新一代载人飞船的研制过程中,为降低运行成本、提升经济效益,按照具备重复使用能力开展相关设计。首先提出了新一代载人飞船可重复使用模式... 详细信息

针对空间站大规模空间应用和载人深空探测计划中天地往返运输成本高昂这一主要制约因素,在中国新一代载人飞船的研制过程中,为降低运行成本、提升经济效益,按照具备重复使用能力开展相关设计。首先提出了新一代载人飞船可重复使用模式的构想,对航天器重复使用的技术难点进行了分析,并从可重复使用条件设计、产品可重复使用性能设计、可重复使用维修保障性设计和自主健康检测及诊断设计4个维度给出了解决问题的技术途径,从而形成了新一代载人飞船可重复使用技术体系。本研究明确了新一代载人飞船可重复使用技术路线和实现方向,可用于指导开展未来可重复使用航天器研制,为大规模开发太空奠定基础。

关键词：新一代载人飞船可重复使用维修性安定性自主健康监测

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中途分离模式的载人月面下降轨迹优化设计

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宇航学报 2023年第9期44卷 1370-1378页

作者：侯振东刘扬赵毓北京空间飞行器总体设计部北京100094

中途分离模式的载人月面着陆器在下降着陆飞行途中进行舱段分离,分离前由推进舱提供减速动力,分离后由登月舱独自完成后续下降着陆和上升入轨任务。以确保安全为首则,以推进剂消耗量最少为目标,提出载人月面下降轨迹优化方法。分析正常... 详细信息

中途分离模式的载人月面着陆器在下降着陆飞行途中进行舱段分离,分离前由推进舱提供减速动力,分离后由登月舱独自完成后续下降着陆和上升入轨任务。以确保安全为首则,以推进剂消耗量最少为目标,提出载人月面下降轨迹优化方法。分析正常和应急飞行过程中影响安全的主要因素,建立两舱落点、应急上升高度的安全边界解析模型;提出正常下降和应急上升轨迹的设计流程,建立安全性约束和推进剂消耗量的近似代理模型,设计一种计算效率高、支持方案快速迭代分析的轨迹优化方法。仿真结果表明通过轨迹优化可在满足安全性约束下节省推进剂约300 kg,揭示了分离高度和飞行路径角变化对安全性的影响规律,为载人月面着陆器方案设计提供技术参考。

关键词：中途分离轨迹优化应急上升推进剂消耗

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