2021 Vol. 38(1): 1-12| [摘要](180) | [PDF](89)结构与机构专栏- 冲击/周期载荷作用下分布式调谐质量阻尼器对响应控制的影响
- 宋吉祥，吴炜，严定帮，郭双喜，陈伟民
- 本文研究了采用分布式调谐质量阻尼器(TMD)对悬臂梁进行振动抑制的问题。首先建立了安装N个TMD的悬臂梁的动力学方程;然后通过有限单元法离散偏微分方程，使用Newmark-β法进行含TMD的悬臂梁动响应求解;最后基于数值计算模型，分别研究周期荷载与冲击荷载作用下，梁振动控制的效果。研究表明:TMD可以有效抑制悬臂梁振动，在周期荷载作用下，悬臂端位移降低52%，在冲击荷载作用下，悬臂端最大位移降低12.31%。关于TMD的分布形式:当使用一个TMD抑制振动时，建议TMD的自振频率应与悬臂梁一阶弯曲频率相等，且最好安装在悬臂端部。采用多个TMD可以提高控制效果，但平均单个TMD抑制效果降低。
- 2021 Vol. 38(1): 13-19
| [摘要](107) | [PDF](52)- 复合材料整流罩声学等效建模与低频隔声性能研究
- 李航行，吴邵庆，沈林
- 运载火箭发射过程中的恶劣噪声环境会导致整流罩内部电子设备失效。开展整流罩的内声场环境预测以及隔声分析，对其降噪研究和优化设计具有重要意义。复合材料整流罩舱壁大量使用蜂窝夹芯板，基于蜂窝夹芯结构精细化模型开展整流罩内声场环境预示计算量大，无法适用。本文建立了复合材料蜂窝夹芯板的力/声学等效模型，并利用精细化模型验证等效模型的精度;进一步基于有限元-边界元方法对某整流罩结构进行低频声振分析;同时，对整流罩的隔声量进行了评价。结果表明:整流罩内声场在频率为160 Hz附近声学环境较为恶劣，整流罩的降噪研究应针对该频段进行。
- 2021 Vol. 38(1): 20-27
| [摘要](78) | [PDF](46)- 大型空间可展开结构热致振动研究
- 胡甜赐，陈素芳，吴松，姜东，费庆国
- 搭载高精度光学载荷的空间飞行器在进出地球阴影区时，飞行器上处于展开状态的太阳帆板因剧烈的温度变化会诱发振动问题。本文采用有限元法，首先对太阳帆板进行在轨进出阴影区瞬态温度求解;然后基于卫星-太阳帆板整体动力学模型，将时变温度场等效为时变热载荷加载到整星系统上，对整星系统的热致振动动力学响应进行了数值模拟。结果表明:处于地球同步轨道的卫星-帆板在进出阴影区时，太阳帆板的温度变化较大，温差最高达到200 ℃;时变热载荷导致帆板结构和卫星姿态发生明显的振动响应。该方法可以合理地预测大型空间可展开系统热扰动响应。
- 2021 Vol. 38(1): 28-35
| [摘要](126) | [PDF](41)- 带限位台阶的高阻尼橡胶减振器性能试验分析
- 黄兴淮，江家权，孙伟豪，徐赵东，杨建中
- 航天工程中的有害振动可通过高阻尼橡胶减振器进行控制，但核心耗能单元和其他部件之间的连接容易失效。为了改进高阻尼橡胶减振器中阻尼材料和钢板的连接模式，使两者在较大变形下具有较高的机械连接性能，并且避免采用高温高压整体硫化的生产工艺，提出了一种带限位台阶的装配式高阻尼橡胶减振器。该减振器的阻尼材料和钢板之间采用常温胶黏连接模式，且在阻尼材料和钢板的连接边界面上设置了若干个具有一定高度的阶梯状限位台阶。对限位阶梯总高度分别为3 mm、4 mm、5 mm的3种不同装配式高阻尼橡胶减振器进行了不同加载频率和幅值的性能试验。试验结果表明:新型装配式高阻尼橡胶减振器在大变形下具有较强的耗能能力。带限位台阶的减振器和没有限位台阶的减振器相比，最大储能模量提高了22.3%，损耗因子提高了24.9%，且在较大位移幅值工况下，滞回曲线由原本的椭圆形变成类8字型，在保证较高阻尼力的同时使得滞回曲线所包络的面积增大，最大增幅可达588%。该新型减振器无需高温高压整体硫化，可以显著降低生产成本并提高生产效率，具有显著的性能优势和广泛的应用前景。
- 2021 Vol. 38(1): 36-44
| [摘要](67) | [PDF](38)- 某型蓄压器低温振动试验方法
- 次永伟，冯盟蛟，张文胜，蔡平，毛雯捃
- 随着振动试验技术的不断发展，对特殊环境下振动试验的要求更加强烈，由于其技术难度更高，实施难度更大，而成为振动试验的难题。本文基于某型蓄压器低温振动试验要求，确定了试验方案，分析了产品的安装应力和试验参数对产品的影响等，解决了产品在充满液氮状态下的低温振动问题，完成了包括特征扫频、正弦振动鉴定级试验、随机振动鉴定级试验和定频振动鉴定级试验在内的低温振动试验项目。试验采用多点平均控制的控制方式，试验环境符合试验要求，设备运转正常，无异常发生，试验结果及曲线满足要求。
- 2021 Vol. 38(1): 45-52
| [摘要](75) | [PDF](38)- 机械式振动台结构设计及其波形复现性能测试研究
- 郭迎庆，李宗荫，杨晓璐
- 针对当前航空航天、电子工业等领域内中小型高精度振动台的工程需求日益增加，提出了一种基于计算机技术、嵌入式控制技术和电机控制技术的整套振动台设计方案。为了验证所设计的机械式振动台的波形复现是否满足振动台测试精度要求，以真实的地震加速度信号作为振动台的激励输入，对振动台关键模块进行性能测试试验，同时比较振动台在空载和负载两种不同工况状态下的波形复现精度。结果表明:各个模块的性能满足系统需要，在不同工况下的波形复现最大误差控制在0.15 mm~0.28 mm范围之内，波形跟随性良好，整个振动台系统架构设计合理，系统稳定可靠。该方案可为未来中小型振动台的设计和工程应用提供技术支持，具有一定工程实际应用意义和参考价值。
- 2021 Vol. 38(1): 53-60
| [摘要](93) | [PDF](36)创新与探索- 国内外行星表面巡视器自主导航技术研究
- 解杨敏，季力，魏祥泉，陈萌，邹怀武
- 作为航天技术发展的前沿和趋势，深空探测是人类历史上最为复杂的系统工程之一。星球巡视器是在星球表面移动作业的无人探测系统，能够对星球表面进行大面积、近距离和接触式的考察，是地外星球着陆探测作业的主要手段。星球巡视器导航技术是研究星球巡视器的关键技术之一，其导航自主性能直接影响星球探测计划能否顺利进行。本文首先概述了星球巡视器自主导航技术内涵，介绍了国内外巡视器导航技术的研究现状，分析了自主导航技术中地图建模、定位算法与路径规划技术的发展过程，最后指出了星球巡视器导航技术所要急需突破的几个关键技术与发展方向。
- 2021 Vol. 38(1): 61-71
| [摘要](88) | [PDF](36)- Ka数字波束合成-合成孔径雷达顺轨干涉性能分析
- 吴思利，王辉，郑世超，曾朝阳，陈翔，孙家正，冯利鹏
- 顺轨干涉-合成孔径雷达(ATI-SAR)能够利用多普勒信息对宽幅场景径向速度进行测量，然而目前既有的顺轨干涉性能分析主要是针对两组单通道数据实现误差分解，并没有考虑距离向数字波束合成-合成孔径雷达(DBF-SAR)。为实现面向高分宽幅应用的顺轨干涉测速应用，分析在毫米波频段收发天线轻量化、集成化优势下的毫米波距离向多通道合成SAR顺轨干涉系统，评估通道间相位误差、波达角估计误差等因素对干涉相位相干性的影响。结果表明:在一定的弱散射场景下，在Ka频段实现的DBF技术能够利用较少的通道数有效改善测速性能，为后续的多通道顺轨干涉数据分析提供定量化参考。
- 2021 Vol. 38(1): 72-79
| [摘要](65) | [PDF](29)- 液氢温区直接节流制冷新流程热力学分析
- 申运伟，刘东立，李江道，张浩，耑锐，刘磊，王浩任，张德顺，王博，赵钦宇，甘智华，张亮，仇旻
- 低温制冷机是液氢长期在轨零蒸发贮存的关键技术之一。节流制冷机无低温运动部件，具备系统简单和可连续制冷等优点。本文提出了液氢温区直接节流制冷新流程，拟采用回热式制冷机或者液氢储罐排气冷量为其提供32 K以下的预冷量，有潜力实现快速降温和高效制冷。采用热力学方法对于给定液氢温区10 W的制冷量要求，以等温压缩功为优化目标对该制冷机进行优化。分析得到了优化等温压缩功及其对应的优化高压压力和预冷量与预冷温度之间的变化关系。结果表明:当预冷温度低于32 K时，直接节流制冷机在优化工况下运行时与典型节流制冷机性能接近，但其结构得到简化，稳定性高且制冷机降温初期无需旁通。
- 2021 Vol. 38(1): 80-89
| [摘要](85) | [PDF](51)- X波段在南极地区穿透深度的技术研究
- 王冬红，刘卓，王意军，李佳，刘艳阳，郭磊，陈筠力
- 高精度极地数字高程模型(DEM)对于我国极地研究和探索具有重要意义。德国空间局开发的分布式合成孔径雷达干涉(InSAR)测绘卫星TanDEM-X已经被证明是获取大范围高精度DEM的有效工具。X波段在冰雪表面具有一定的穿透性，会导致极地DEM存在偏差。目前国内外针对X波段在极地冰雪表面的穿透研究还很少。本文利用TanDEM-X单发双收干涉数据生成高分辨率南极冰雪地区DEM，通过与同季节的高分辨率光学DEM(REMA)差分来估计X波段穿透深度。实验结果表明:靠近Mellor冰川下游的Lambert盆地中部冰盖表面穿透深度大部分为0.5 m，少数地区可达到2 m以上;Lambert冰川下游的冰流表面大部分为1~2 m左右;山区冰雪表面可达3.9 m。高穿透值多数分布在高海拔内陆地区，而低穿透值多分布在冰流和低海拔沿海地区。穿透深度随地表含水量升高而降低。估计X波段穿透深度是明确TanDEM-X卫星在极地测绘精度的前提，对于优化后续国产分布式SAR测绘星座极地工作模式有一定的促进作用。
- 2021 Vol. 38(1): 90-96
| [摘要](64) | [PDF](37)- 燃料电池的空间应用技术发展
- 胡晶，李海滨，顾海涛
- 燃料电池作为高效环保的发电装置，在空间应用上具有极大潜力。本文论述了近年燃料电池的空间应用技术，以求促进相关产业及研究的进一步发展。分别对微重力环境下的水、热管理技术进行了探讨，发现微重力中气流方向及燃料电池布置对电池性能具有显著影响，气流宜以相反方向通入，微重力环境对竖直放置和水平放置(阳极在上或阴极在上)的燃料电池性能影响不一，其中水平放置(阴极在上)和竖直放置的工况下促进了水的顺利排出。进而比较了3种常见散热方式在空间应用上的优缺点，并且对热管冷却的材料选择给出了建议。最后简要介绍了目前在航天应用上受到关注的可再生燃料电池。
- 2021 Vol. 38(1): 97-104
| [摘要](55) | [PDF](30)- 面向星上目标提取的卷积神经网络优化技术
- 卢丹，孙永岩，郑幸飞，齐保贵，师皓
- 针对卷积神经网络规模庞大、参数数量众多、在资源受限的在轨场景中难以应用的问题，提出了一种基于知识蒸馏的剪枝压缩改进方法。该方法对训练好的网络进行基于权重和基于通道的混合参数剪枝，在保留网络重要连接的同时剔除冗余信息;采用知识蒸馏法，用原始网络学到的知识指导剪枝后网络的再训练过程，以恢复损失的精度;在遥感数据集上对VGG-16分类网络进行实验。结果表明:所提方法可以实现16~18倍的压缩效果，并且网络精度下降不到1%。这使得卷积神经网络的在轨应用成为可能，具有理论及现实意义。
- 2021 Vol. 38(1): 105-112
| [摘要](62) | [PDF](35)专业纵论- 新型针式高压隔离阀的设计和试验
- 王建维，李林，王平阳，周长斌，杭观荣
- 空间推进任务有时需要气体推进剂在高压贮箱内密闭长达数年，隔离阀作为隔离贮箱内高压气体推进剂的装置，不仅要求在数年后可正常启动，而且在高压条件下必须严格控制推进剂的泄漏量。因此，提出了一种新型高压气体隔离阀，其采用中空启动针穿破隔离装置的启动方式以减小金属碎屑对气体微通道的影响。对该隔离阀进行了开启验证试验，并以开启隔离阀前后通过启动针的气体流量之比作为一个重要参数，分析了金属碎屑对气体微通道的影响。结果表明:开启隔离阀的功率约为5.6 W，满足微小卫星对低功率的严格要求;同时气体流量之比约为95%，可认为金属碎屑对气体微通道的影响比较小。
- 2021 Vol. 38(1): 113-118
| [摘要](66) | [PDF](33)- 平面整体冲破式易碎盖结构设计及有限元分析
- 徐澧明，范棋鑫，蔡登安，南博华，周光明
- 针对发射筒/箱盖的轻质、结构紧凑等新的性能需求，设计了一种凹槽式薄弱区结构的平面整体冲破式复合材料易碎盖。对于承压工况，建立了静态有限元数值分析模型，分析了易碎盖应力和变形的分布，讨论了盖体厚度和薄弱区凹槽宽度对其最大变形的影响;对于冲破工况，基于三维Hashin失效准则，建立了静态渐进损伤有限元模型，研究了易碎盖冲破的损伤失效机理，探讨了易碎盖设计参数对其冲破性能的影响。结果表明:盖体厚度、凹槽宽度与易碎盖最大变形之间均为非线性关系，且盖体厚度的变化对易碎盖的刚度和强度影响明显，而薄弱区凹槽宽度的变化对其影响较小。有限元分析结果可为进一步试验研究及制备提供技术支持。
- 2021 Vol. 38(1): 119-127
| [摘要](53) | [PDF](32)- 基于电永磁技术的对接/分离机构设计
- 许珍，林旻，李金恩，张博，毛青筠，闫阿儒
- 空间对接技术在航天器的补给、维修、维护以及在轨组装等领域发挥了重要作用。针对电磁对接方式存在对接力小、作用距离短、能耗高和锁紧/分离过程繁琐等缺点，设计了一种新型的综合电磁和永磁特性的电永磁对接/分离机构。采用有限元法仿真软件，计算了对接状态不同距离下的磁力与磁感应强度，分离状态下的磁斥力，以及锁紧状态的磁吸力。在体积约束为18 mm×18 mm×3 mm时，设计出锁紧力和分离力约为193 N和26 N的比例模型，并据此制作出结构简单、作用距离远、能耗低的电永磁对接/分离样机及其控制器。
- 2021 Vol. 38(1): 128-135
| [摘要](50) | [PDF](31)- InGaAsP快速外延生长及其在太阳电池中的应用
- 李戈，陆宏波，李欣益，张玮
- 四元InGaAsP混晶是一种理想的可用于窄禁带太阳电池制备的半导体材料。本文研究了InP衬底上InGaAsP材料在不同外延生长速度下的掺杂特性和晶体质量。通过电化学电容-电压测试法，实验发现高生长速率下InGaAsP材料的Zn掺杂的掺杂浓度与Ⅲ族源流量无关，而Si掺杂的掺杂浓度随Ⅲ族源流量增加而减少。通过瞬态荧光光谱测试方法，实验发现高生长速率下InGaAsP材料非辐射复合和界面复合占比减少，载流子输运效率得到了提升。最后，带隙组合为1.16 eV/0.88 eV的高生长速率InP基双结电池完成器件工艺后进行测试，其在AM0光照条件下开路电压为1 287 mV，平均电压损失为340 mV。
- 2021 Vol. 38(1): 136-141
| [摘要](58) | [PDF](36)工程实践- 改进FMECA在空间电源分系统中的应用
- 孔雷星，冷学敏，马季军，葛茂艳，王田
- 故障模式、影响及危害性分析(FMECA)方法广泛应用于航天领域，并较早地形成了航天领域内的FMECA规范，基本满足型号常规使用的要求。但是，随着航天产品的日益复杂及高可靠性的要求，FMECA规范已无法完全适用，尤其是FMECA工作的有效性和全面性有待进一步研究。本文从三方面提出改进FMECA的方法程序，包括改进功能和结构分析方法，完善FMECA表格，增加发生可能性的级别，同时以电源分系统的分流调节器为例，验证改进后FMECA方法程序的可行性。分析结果显示:改进后的FMECA分析层级清晰，表格填写规范，故障模式和故障原因分析更全面，更有利于发现薄弱环节，并有针对性地指导产品开展设计改进，提高产品可靠性。
- 2021 Vol. 38(1): 142-149
| [摘要](71) | [PDF](32)- 激光熔化沉积15-5PH沉淀硬化不锈钢组织及拉伸性能
- 刘正武，赵凯，郝云波，杨萍，张春杰
- 利用激光熔化沉积技术制备15-5PH沉淀硬化不锈钢板，利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、电子探针(EPMA)技术，对沉积态组织进行分析，测试沉积态组织的室温拉伸性能。结果表明:激光熔化沉积15-5PH不锈钢沉积态组织由沿沉积增高方向贯穿多层外延生长的柱状晶组成，柱状晶内包含多个细长整齐排列的胞状树枝晶，枝晶内为马氏体组织，枝晶间为铁素体;沉积态组织中弥散分布大量细小的NbC析出相，尺寸12~20 nm;15-5PH不锈钢沉积态组织具有良好的力学性能，纵向抗拉强度和延伸率分别为1 128.5 MPa和14.0%，横向抗拉强度和延伸率分别为1 101 MPa和12.25%。
- 2021 Vol. 38(1): 150-156
| [摘要](56) | [PDF](38)- 空间核电源系统整流装置设计
- 马东，靳洋，吴春瑜，李阳，钱循，刘世超
- 为满足我国未来深空探测、星表基地等空间任务电源系统的需求，针对空间核电源系统，为解决高压高频输入导致高谐波输出的问题，本文提出了利用12脉波整流器来实现交直流变换。在本文的拓扑结构中，重点研究三相三绕组隔离型变压器、三抽头平衡电抗器及LLC谐振变换器的参数设计。通过三相三绕组隔离型变压器产生30°相位差的两组电压，进而产生12脉波，三抽头平衡电抗器可以改善输出侧的电能质量。本文利用LLC谐振电路实现隔离降压，使输出更稳定，并采用Matlab中的Simulink对提出的拓扑进行仿真验证。验证成功后，对整流装置硬件进行搭建，实现了空间核电源系统整流装置的设计。结果表明:该拓扑不仅可以达到稳定的直流输出，而且具有高功率因数校正的特点。
- 2021 Vol. 38(1): 157-162
| [摘要](61) | [PDF](33)
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