2022 Vol. 39(6): 1-11| [摘要]() | [PDF]()空间结构与机构专栏- 航天器在轨服务捕获装置技术研究综述与展望
- 徐坤，董桂宇，乔安伟，韩亮亮，丁希仑
- 空间捕获装置是航天器在轨服务与维护任务的重要末端执行器，承担着捕获包括航天器、舱段、空间碎片及实验样品等多种目标的任务。根据被捕获目标的性质可以将捕获装置分为合作目标捕获装置和非合作目标捕获装置2大类。在捕获装置设计过程中，捕获目标是否具有特定的抓持结构则是捕获装置机构形式设计的先导因素，根据捕获目标是否具有特定的抓持结构，可以将捕获装置分为基于抓持结构的捕获装置以及非基于抓持结构的捕获装置。以捕获装置工作原理与捕获目标类型为分类依据，对捕获装置进行分类，分别阐述了其技术原理与关键技术，并对各类捕获装置进行了对比分析，根据分析结果指出了捕获装置未来的发展方向。
- 2022 Vol. 39(6): 12-28
| [摘要]() | [PDF]()- 基于自适应神经网络的柔性关节空间机器人振动抑制控制
- 沈金淼，游张平，张文辉，叶晓平，周书华，单以才
- 针对存在负载变化、建模误差和摩擦干扰的柔性关节空间机器人控制问题，提出了基于奇异摄动的神经网络自适应鲁棒控制方法。首先，通过拉格朗日方程和动量矩守恒定理建立柔性关节漂浮基空间机器人动力学模型;其次，通过奇异摄动理论将动力学模型近似分解表征为刚性的慢变子系统和柔性的快变子系统，针对于慢变子系统，设计基于神经网络补偿的自适应鲁棒控制器;针对于快变子系统，设计柔性补偿器和力矩微分反馈抑制器;最后，基于李雅普诺夫理论证明了控制系统的稳定性。仿真表明:所提出的控制策略是有效的，且在柔性补偿器失效的情况下，采用独立的神经网络自适应鲁棒控制器能够抑制弹性振动，并精确跟踪期望轨迹。
- 2022 Vol. 39(6): 29-36
| [摘要]() | [PDF]()- 柔性机械臂关节作动的振动抑制方法和原理性验证
- 祝寒友，吴松，陈必发，王威，唐国安
- 空间机械臂具有柔性大、振动频率低等特点，受激后振动的持续时间长、自然衰减慢。针对空间机械臂运行完成后留存的残余振动，采用固定界面子结构方法推导出关节转动与航天器-机械臂组合体振动的动力学显式关系。从中发现了控制关节转动并使其角速度正比于组合体振动的模态坐标，便能消耗组合体的机械能，加速组合体振动衰减的力学机理。据此，设计了逻辑关系简洁的机械臂关节角速度控制律，分别通过数值仿真和试验件实测对航天器-机械臂组合体的原理性模型开展了振动抑制效果的验证。结果表明:机械臂关节作动可以显著缩短受激后组合体残余振动的持续时间。
- 2022 Vol. 39(6): 37-42
| [摘要]() | [PDF]()- 基于模态缩聚的限位状态驱动机构非线性动力学分析
- 潘望白，方贤亮，欧阳涵，梁志林，臧旭
- 含限位的驱动机构具有刚度非线性特征，在正弦振动力学试验中，不同试验量级加速度激励下其主频位置、响应放大倍数等动力学特性均会发生变化，需要开展动力学响应分析提前预示非线性影响，指导产品抗力学环境设计。基于模态缩聚理论，发展了一套针对限位非线性问题的正弦振动响应快速分析方法，可适用于各类复杂驱动机构类产品，避免了大规模有限元模型的非线性计算。算例分析表明:该方法可有效预示不同振动输入量级下限位非线性对产品响应特性的影响，反映出典型的非线性频响突变现象，且计算效率高，可为产品力学特性仿真和力学试验的开展提供有力支持。
- 2022 Vol. 39(6): 43-50
| [摘要]() | [PDF]()- 基于HOSVD局部重组的利噪抑噪经验模式分解及应用
- 袁静，罗亮洁，翁艺航，宋志天，许冲
- 及时准确地识别航天机构萌生和发展的损伤故障特征信息，可为机构故障诊断评估、科学任务调整以及未来在轨维修提供科学决策依据。集成噪声重构经验模式分解(ENEMD)及其衍生方法都是基于噪声利用机制以原信号中估计噪声改善模式混淆并实现信号降噪。然而，该方法中奇异值拐点难以获取、阈值处理中噪声不连续等带来的噪声估计偏差，将降低微弱特征提取准确性。为此，提出一种基于高阶奇异值分解(HOSVD)局部重组的噪声估计技术。研究基于滑动窗截断和Hankel矩阵相结合的张量构建，然后将奇异值曲率谱上的最大峰值点作为合理奇异阶，最后根据选取的奇异阶重构张量分解模型得到所需的估计噪声分量。在此基础上，将HOSVD局部重组引入ENEMD方法中，提出利噪抑噪经验模式分解方法。该方法可进一步提高微弱噪声估计精确度，实现对航天机构损伤微弱特征的增强提取。仿真分析和某航天轴承试验案例验证了该方法在损伤微弱特征提取和识别上具有实用性与有效性。
- 2022 Vol. 39(6): 51-58
| [摘要]() | [PDF]()- 六杆球形张拉整体的折叠与翻滚性能研究
- 贺子刚，韩亮亮，张幸，张亮
- 作为空间探测机器人的雏形，六杆球形张拉整体结构已被广泛研究。结构的折叠性能对于节省运载空间十分重要。本文结合实验测试与基于共旋坐标法的有限元模拟，分析了绳索驱动情况下六杆球形张拉整体结构的折叠效率，讨论了绳索单元缺失对其启动翻滚性能的影响，实验结果与数值模拟基本吻合。研究结果表明:结构折叠效率可达50%以上，占1/3比例的绳索断裂可能造成翻滚启动失败。本文研究结果对张拉整体机器人的结构设计具有一定的参考价值。
- 2022 Vol. 39(6): 59-65
| [摘要]() | [PDF]()创新与探索- 面向推力器故障检测的卫星编队星间链路设计
- 符方舟，李嘉兴，张香燕，杨盛庆，王文妍，郑翰清
- 为提升卫星编队推力器故障检测能力，将研究重点前移至系统设计阶段，提出了一种基于信息几何的卫星编队星间链路拓扑设计方法。通过利用黎曼流形点描述不同故障模式下卫星编队测量信息特征，使检测能力量化问题转化为黎曼流形上各点间距离的度量问题。在此基础上，构建了卫星编队检测能力的度量指标，提出了卫星编队星间链路拓扑的设计方法，并通过仿真实例验证了所提方法的有效性。
- 2022 Vol. 39(6): 66-74
| [摘要]() | [PDF]()- 基于特征叠加网络的SAR海上舰船运动状态感知方法
- 崔雷，庄磊，张泽栋，魏松杰
- 针对合成孔径雷达(SAR)图像中的舰船检测与分类问题，常规的图像处理技术或者机器学习方式难以准确检测出海上舰船的类别以及当前舰船运行状态。因海上舰船目标具有相对于SAR图像尺寸较小、方位难以测算以及容易与其他目标混淆的特点，针对上述问题设计了端到端的海上舰船分类与状态感知模型，加入特征金字塔以达到拥有对于微小目标提取其深度特征，同时又保留其相对位置的目的;使用残差结构以解决特征融合网络层数增加导致的梯度消失问题;最后加入舰船状态感知模块，使其最终可以得到海上舰船目标相对于图像的角度值。使用公开SAR卫星图像进行了多次实验，最终体现出提出的端到端的模型具有较高的识别率以及良好的舰船状态估计能力。
- 2022 Vol. 39(6): 75-83
| [摘要]() | [PDF]()- 航空航天用高强度Mg-RE系合金的研究进展
- 顾侃，肖旅，曾小勤，陈彬
- 近年来，镁稀土合金由于其高强度、低密度和高温性能良好等特点，在追求轻量化的航空航天产业当中受到越来越多的关注。总结当前主流的2系高强度Mg-RE合金(Mg-Gd和Mg-Y系合金)的性能特点、强化机制和研究进展，简要介绍其他Mg-RE合金的研究情况，最后回顾镁稀土合金在航空航天领域的应用。
- 2022 Vol. 39(6): 84-95
| [摘要]() | [PDF]()专业纵论- 中间相沥青基碳纤维表面特性和界面粘结性能
- 陈晓妍，刘千立，戴晶滨，王晓蕾，田杰，王绍凯，李敏，顾轶卓
- 针对高模量、高热导率中间相沥青基碳纤维复合材料界面性能弱等瓶颈问题，深入研究该类纤维表面特性及其与树脂的界面粘结性能。选取3种典型中间相沥青基碳纤维，测试分析其微观形貌、表面能和极性与色散分量、表面元素种类与含量，利用微脱黏方法表征中间相沥青基碳纤维与环氧树脂的界面剪切强度。研究结果表明:中间相沥青基碳纤维表面均存在明显沟槽结构，但其呈化学惰性，选用的中间相沥青基碳纤维与环氧树脂界面剪切强度最高约为50 MPa，明显低于聚丙烯腈基碳纤维;纤维表面能越高，尤其是极性分量越高，中间相沥青基碳纤维/环氧树脂界面剪切强度越大，这些结果揭示了中间相沥青基碳纤维与树脂基体界面性能主控因素。
- 2022 Vol. 39(6): 96-101
| [摘要]() | [PDF]()- 箭载无线传感器网络动态业务分配方法研究
- 罗煜缤，李洪，周广铭，路娟
- 无线传感器网络技术是新一代火箭测量系统中的关键技术之一，为实现箭上无线传感器节点业务动态变化场景下的信道资源无冲突分配，提出了一种基于优先级的动态业务分配方法——基于优先级的动态占空比节能位图辅助MAC协议(PD-EBMA)。主要思想是利用位图辅助适应业务量的动态变化、搭载预约的方式减少控制信息开销、背包算法提高信道利用率和降低时延，以及在流量较小时延不敏感的场景中使用动态占空比的思想降低能量开销。仿真结果表明:相比传统固定时隙的分配方式，PD-EBMA可以大幅提升网络灵活性，同时能耗和时延特性也得到显著改善。
- 2022 Vol. 39(6): 102-111
| [摘要]() | [PDF]()- 机器人铣削加工动态变形误差预测与在线感知
- 金永乔，孙朝阳，唐小卫，李成鑫
- 航天舱段零件的机器人铣削加工中，强激励铣削力作用下的动态加工变形是影响加工精度的重要因素，复杂工况下动态误差的离线理论预测难以准确反映实际变形误差。为此，考虑加工过程中复杂工况下不确定性因素对动态变形误差的影响，本文提出了融合在线测量位姿、力数据的动态误差预测方法。首先，建立动态变形误差理论预测模型，引入加工误差预测偏差项;其次，结合有限实验数据对预测偏差的影响因素进行主成分分析(PCA)，提取信息贡献率大的主成分作为特征向量，利用支持向量机(SVM)建立预测偏差关于特征向量的动态误差预测回归模型;最后，构建基于机器人关节位置和切削力测量数据的加工动态误差预测模型，实现动态误差在线感知，为加工精度控制提供数据基础。
- 2022 Vol. 39(6): 112-117
| [摘要]() | [PDF]()- 一种Ka波段多通道FMCW SAR数字接收机设计与实现
- 孔令振，王辉，郑世超，温靖
- 调频连续波体制合成孔径雷达(FMCW SAR)因其体积小、成本低、重量轻及分辨率高的优点越来越受到关注。随着软件无线电技术的迅速发展，数字信号处理机在SAR载荷系统中扮演越来越重要的角色。提出一种多通道Ka波段毫米波SAR数字接收机的设计与实现方法，详细分析了FMCW SAR去调频接收过程，研制出一种基于FPGA的多通道数字接收机平台。以三通道为例，采用多类滤波器级联技术，设计系统软硬件，最后通过系统测试及试验验证了方案的正确性与可行性。
- 2022 Vol. 39(6): 118-124
| [摘要]() | [PDF]()- 定量遥感有效载荷配置方法与发展
- 赵其昌，郭玲玲，杨春燕，李叶飞，汪少林
- 针对定量遥感这一广泛应用于气象、海洋与环境等领域卫星的遥感技术，分析了各个领域的应用需求。为了解决如何根据定量遥感的应用需求，快速配置有效载荷，并合理设置有效载荷的探测谱段(频段)这一制约卫星发展的关键问题。提出了从探测目标着手的方法，首先，分析满足探测要素所需的谱段设置、指标要求和有效载荷配置类型，得出了有效配置载荷的方法和思路;其次，以全球云探测为例，验证本方法的合理性;最后，分析定量遥感有效载荷的发展重点和发展方向，为气象、海洋与环境领域等定量遥感卫星的长期发展提供技术支撑。
- 2022 Vol. 39(6): 125-134
| [摘要]() | [PDF]()工程实践- 水性防腐涂料湿附着力性能的配方优化模型
- 伍权，刘栓，卢光明，蒲吉斌
- 为提高水性防腐涂料湿附着力，提出基于人工神经网络(ANN)和遗传算法(GA)的水性防腐配方工艺优化模型。采用正交法设计配方工艺，根据实验结果，建立配方(水性环氧乳液、石墨烯、水性环氧固化剂、填料、附着力促进剂)、工艺(干燥温度)和性能(湿附着力)的预测模型，以水性防腐涂料湿附着力预测结果为优化目标，通过GA得出最佳的水性防腐涂料配方和工艺，并对该配方和工艺进行了实验和理论验证。该方法为制备高性能水性防腐涂料提供一定指导依据。
- 2022 Vol. 39(6): 135-141
| [摘要]() | [PDF]()- 舵机滚珠丝杠在内部热源作用下响应特性
- 蒋刚，赵旭阳，贾斐，仇原鹰，吴欣凯
- 舵机滚珠丝杠在运行过程中由于摩擦作用和电机运行产生的内部热源会导致其结构温度上升和变形，是影响滚珠丝杠副运行精度的因素之一。本文基于有限元理论建立舵机滚珠丝杠副模型，并通过在ANSYS Workbench中插入命令流的方式实现了在滚珠丝杠上施加移动摩擦热载荷，获得了滚珠丝杠副在内部热源作用下的温度、变形和应力响应特性。结果表明:滚珠丝杠轴向热流密度呈双峰趋势，且其高温区域主要集中在螺母行程范围内的中间区域;随着转速的增加，滚珠丝杠各处温度及其波动幅度加大;丝杠最大热应力位于与轴承配合的轴肩最外侧处。
- 2022 Vol. 39(6): 142-147
| [摘要]() | [PDF]()- 大型GEO通信平台主动段力热综合性能分析
- 陶家生，林骁雄，王浩攀，钟红仙
- 对于大型高价值卫星，为增强卫星的抗风险能力，在极端温度环境、相较一般发射工作程序有所偏离的情况下，进行了卫星平台的力热性能分析。分析结果表明:采用3D舱板的有限元分析模型能够更好地揭示平台的结构变形;主动段的热变形只占力热综合变形的较少部分，并且随着主动段趋于结束，热变形在力热综合变形的占比在增加。平台的热分析温度结果为50.84~-11.89 ℃，未超出卫星的极限温度要求，表明卫星的热性能有一定保持能力。但是，热耗较大的舱板在给定的较极端边界条件下，分析结果较一般条件下的热平衡试验结果温度高约25 ℃。力热综合分析的结构变形结果最大为1.73 mm，不会危及卫星结构强度，表明卫星平台具有一定结构性能保持能力，但结构变形的结果已经接近结构局部精度的要求量级，值得关注。
- 2022 Vol. 39(6): 148-154
| [摘要]() | [PDF]()- 一种复杂结构天线罩相位误差补偿算法
- 陈祎，袁伟，蒋驰，吴迎春，张晓丽
- 在某些雷达应用领域，天线罩的气动外形严重影响其电磁特性，从而对雷达系统测向性能造成恶劣影响。针对一种复杂结构天线罩，分析其透波率和额外引入的相位误差对雷达测向系统造成的恶劣影响;采用动态查表法实现目标角度粗搜索，并基于均匀圆阵提出长短基线结合聚类寻优的改进干涉仪测向算法，从而实现天线罩补偿后相位数据的精确测向。该算法操作简便，具有较高的运行效率，且能在宽频段、大角度范围内实现对天线罩的相位误差高精度补偿。实验结果表明:该方法能有效地解决非均匀天线罩引起的测向失败问题，具有较强的工程指导意义。
- 2022 Vol. 39(6): 155-160
| [摘要]() | [PDF]()- 静止轨道高精度遥感卫星在轨冲击监测与定位
- 齐麟，张永涛，陈晓杰，曾擎，许娜
- 针对空间环境下航天器偶发的冲击影响敏感载荷性能的问题，提出了利用振动测量系统实时连续监测载荷安装位置附近的动力学环境的方法，通过分析各测点的冲击时域响应大小及冲击发生先后顺序，初步确定冲击发生的位置。结果表明:冲击的发生以天为周期，一天之中冲击发生的频次和强度与航天器所处轨道位置强相关，且存在2个明显的冲击高发时段。冲击很可能发生于载荷底板附近，可在地面试验中进行精确定位和完善设计。上述研究实现了在轨冲击现象的定量分析及冲击源的定位，将提升现有在轨动力学分析的能力，指导后续航天器设计，降低冲击现象对敏感载荷性能的影响。
- 2022 Vol. 39(6): 161-166
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- 主办单位：
上海航天技术研究院
- 主 编：林立芳
- 执行主编：翁伟樑
- 副 主 编：周颖丽
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