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敏捷卫星高刚度太阳翼的设计与验证

宇航学报 2019年第6期40卷 621-627页

作者：刘志全吴跃民马静雅中国空间技术研究院总体部

基于对国内外敏捷卫星带辅助支撑式太阳翼现状及存在问题的分析,开展了太阳翼的构型设计与布局优化,设计一种基于带簧铰链与自适应锁定式铰链的单臂支撑式高刚度太阳翼。利用支撑臂中部带簧铰链在弯折后形态可变的特性,解决了多连杆闭... 详细信息

基于对国内外敏捷卫星带辅助支撑式太阳翼现状及存在问题的分析,开展了太阳翼的构型设计与布局优化,设计一种基于带簧铰链与自适应锁定式铰链的单臂支撑式高刚度太阳翼。利用支撑臂中部带簧铰链在弯折后形态可变的特性,解决了多连杆闭环机构收拢状态下的杆长匹配问题;利用太阳翼根部自适应锁定式铰链可自动调节锁定状态的特性,解决了展开末了过约束锁定的技术难题,实现了带辅助支撑式太阳翼根部铰链的可靠锁定功能。开展太阳翼展开静力矩裕度分析、模态分析和展开动力学分析,结果表明,太阳翼展开力矩裕度大于1,展开状态下基频大于8 Hz,展开过程顺畅无死点,展开末了冲击力不超过750 N。开展了太阳翼地面试验验证和在轨飞行验证,结果表明,该高刚度太阳翼满足敏捷卫星在轨长时间快速机动的使用要求。

关键词：敏捷卫星太阳翼高刚度带簧铰链自适应锁定

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高刚度气体静压导轨设计分析

纳米技术与精密工程 2016年第1期14卷 21-27页

作者：陈小刚彭小强铁贵鹏关朝亮郭蒙国防科学技术大学机电工程与自动化学院长沙410073 国防科学技术大学超精密加工技术湖南省重点实验室长沙410073

采用有限差分法求解气体静压润滑的二维Reynolds方程，其静态特性规律显示减小节流孔径可以提高气体静压导轨刚度，但是减小了气膜最佳工作间隙，对节流面的面形精度提出了更高的要求．采用直径50μm的节流孔，在50mm×50mm的滑块上实现... 详细信息

采用有限差分法求解气体静压润滑的二维Reynolds方程，其静态特性规律显示减小节流孔径可以提高气体静压导轨刚度，但是减小了气膜最佳工作间隙，对节流面的面形精度提出了更高的要求．采用直径50μm的节流孔，在50mm×50mm的滑块上实现了50N／μm的最大刚度，并且试验结果与理论计算基本一致，从工程上验证了减小节流孔径实现高刚度的可行性．根据理论分析优化了导轨上滑块的节流孔的布局，设计了基于直径50μm节流孔的高刚度气体静压导轨；直径50μm节流孔对应的气膜工作间隙为5～7μm．采用光学加工的方法研制了基于光学材料（K9玻璃）的气体静压导轨，其良好的面形精度满足了小间隙气膜的润滑要求．

关键词：气体静压导轨有限差分法高刚度光学加工

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高刚度空间套筒展开机构级间锁紧技术研究

中国机械工程 2024年

作者：关英俊张铭起逯焕泉杨会生孙宝玉长春工业大学机电工程学院中国科学院长春光学精密机械与物理研究所

针对目前套筒机构应用于分体式空间望远镜展开中难于实现高刚度锁紧的问题，本文提出一种用于长焦距甚大口径空间望远镜次镜套筒式支撑的展开机构级间锁紧方案。首先，通过建立胀紧瓣与套筒内壁的接触模型，探究了锁紧过程中胀紧瓣与套... 详细信息

针对目前套筒机构应用于分体式空间望远镜展开中难于实现高刚度锁紧的问题，本文提出一种用于长焦距甚大口径空间望远镜次镜套筒式支撑的展开机构级间锁紧方案。首先，通过建立胀紧瓣与套筒内壁的接触模型，探究了锁紧过程中胀紧瓣与套筒间法向接触情况以及载荷分布规律；其次采用伯努利-欧拉梁理论对胀紧瓣与套筒接触的法向接触力进行分析，得出级间锁紧力与设计间隙、锁紧作用点之间的规律，并通过有限元方法进行验证；然后利用帕姆格林近似公式对驱动环斜面上升量进行分析，得出了驱动环斜面设计参数，通过有限元手段对驱动环斜面上升量取圆整数值时级间锁紧力进行了分析，得到了锁紧力的数值及分布规律；最后，搭建了锁紧机构实验样机，实验测试结果表明，滚动柱能够平稳地滚动到位，胀紧瓣的锁紧力符合预期，验证了该套筒锁紧机构方案的可行性。

关键词：展开机构套筒锁紧无源锁紧高刚度挠度变形

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压电厚膜驱动的高刚度微变形镜的制备

纳米技术与精密工程 2011年第5期9卷 427-431页

作者：马剑强李保庆许晓慧褚家如中国科学技术大学精密机械与精密仪器系合肥230027 江苏省电力试验研究院有限公司南京210036

研究制备了一种压电厚膜微变形镜,微变形镜的连续薄膜式单晶硅镜面由61单元压电厚膜致动器阵列驱动.以镜面冲程与工作频带宽为目标,对微变形镜的结构参数进行优化设计,根据优化参数采用硅微加工技术试制了61单元致动器的微变形镜.镜面... 详细信息

研究制备了一种压电厚膜微变形镜,微变形镜的连续薄膜式单晶硅镜面由61单元压电厚膜致动器阵列驱动.以镜面冲程与工作频带宽为目标,对微变形镜的结构参数进行优化设计,根据优化参数采用硅微加工技术试制了61单元致动器的微变形镜.镜面、压电陶瓷与弹性支撑层厚度分别为100μm、60μm与60μm,单元间距为5mm,通光口径为40 mm.对制备的样品性能进行了测试,微变形镜在100 V电压驱动下变形量约为2.84μm,工作带宽大于10 kHz.测试结果还表明压电厚膜驱动的微变形镜拥有较高刚度,有利于提高镜面初始平面度.

关键词：微变形镜压电厚膜高刚度

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高分多模卫星高刚度太阳翼机构设计与验证

航天器工程 2021年第3期30卷 156-163页

作者：商红军任守志盛聪郑树杰北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京卫星制造厂有限公司北京100094

针对传统多板串联一维展开的刚性太阳翼无法实现展开状态高刚度和低惯量的问题,提出了一种三板并联二维展开的高刚度太阳翼机构方案,通过采用构型优化、高刚度基板设计和高刚度铰链等设计技术和方法,实现了刚性太阳翼的高刚度、低惯量要... 详细信息

针对传统多板串联一维展开的刚性太阳翼无法实现展开状态高刚度和低惯量的问题,提出了一种三板并联二维展开的高刚度太阳翼机构方案,通过采用构型优化、高刚度基板设计和高刚度铰链等设计技术和方法,实现了刚性太阳翼的高刚度、低惯量要求,为高分多模卫星配套研制了两套三板并联、低惯量、高刚度太阳翼。经过高分多模卫星太阳翼地面试验及在轨飞行验证,结果表明:与相同面积的传统串联太阳翼相比,三板并联二维展开太阳翼的展开状态刚度提高5倍以上,转动惯量减小至1/8,该技术可为后续高刚度太阳翼机构设计及研制提供参考。

关键词：高分多模卫星太阳翼展开机构高刚度在轨展开

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高刚度钢管混凝土的性能研究

混凝土 2012年第5期 47-49页

作者：黄民元中南林业科技大学土木工程与力学学院湖南长沙410004

通过Ansys有限元模型,以钢管混凝土结构为研究对象,对钢管混凝土刚度的影响因素进行了研究。主要内容如下:钢管混凝土刚度的大小,对结构力学性能的影响比较敏锐,要避免刚度削弱所带的工程危害;对钢管混凝土结构刚度的保障,提出了"强、... 详细信息

通过Ansys有限元模型,以钢管混凝土结构为研究对象,对钢管混凝土刚度的影响因素进行了研究。主要内容如下:钢管混凝土刚度的大小,对结构力学性能的影响比较敏锐,要避免刚度削弱所带的工程危害;对钢管混凝土结构刚度的保障,提出了"强、流、密"的原则,即:高强度的外部钢管,以及高流动、高密实的内在自密实混凝土等,并提出了一些具有参考性的工程建议。

关键词：钢管混凝土高刚度刚度削弱高流动高密实自密实混凝土

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高刚度气浮垫动态性能研究

高刚度气浮垫动态性能研究

作者：任凯西安工业大学

学位级别：硕士

精密、超精密技术的发展日益进步,对气浮垫的刚度、精度及稳定性都提出更高的要求。由于气体的可压缩性,对提高气浮垫性能的研究带来很大的困难,因此,研究气浮垫的刚度及稳定性是气浮垫研究领域的难点问题。本课题组在前期通过用弹性... 详细信息

精密、超精密技术的发展日益进步,对气浮垫的刚度、精度及稳定性都提出更高的要求。由于气体的可压缩性,对提高气浮垫性能的研究带来很大的困难,因此,研究气浮垫的刚度及稳定性是气浮垫研究领域的难点问题。本课题组在前期通过用弹性薄板来实现可变均压槽、可变节流器复合作用的方法对新型气浮垫进行研究,并发现用弹性薄板来实现可变均压槽的结构的气浮垫,其在静态性能(即刚度和承载力)上明显要强过刚性均压槽气浮垫。本文所研究气浮垫是以工程应用为最终目的来研究的,在此基础上本论文选择以弹性均压槽气浮垫作为研究内容,提出对弹性均压槽气浮垫动态性能进行研究,并比较弹性均压槽气浮垫和刚性均压槽气浮垫的动态性能,为气浮垫的动力学研究和稳定性研究提供有力的数据依据。由于气浮垫通常工作在低速状态下,此时气浮垫的动态刚度和静态刚度大小基本相等,所以本文只需研究其阻尼系数变化即可。本文首先介绍了气浮垫的工作原理,并利用ANSYS仿真软件对气浮垫弹性变形情况和气腔槽宽变化情况进行了一定研究与探索,得到气腔槽宽规律性结论,为气浮垫的结构设计提供参考数据。其次,推导并化简了适宜于上述气浮垫的动态雷诺方程,随后使用FLUENT软件对稳态方程进行求解,并将解得的压力分布数据和前人用MATLAB求得的数据进行对比确认,以此来保证求解数据的真实性和正确性,随后又对瞬态方程求解进行初步的探索与研究。最后,在现有的实验台上对新型气浮垫的阻尼系数进行测试,测量了气膜厚度及其对应的载荷,并对实验台的工作原理、使用方法和实验数据的处理进行了深入研究,并将弹性均压槽气浮垫和刚性均压槽气浮垫的实验结果进行了对比分析,从实验上证明了弹性均压槽气浮垫动态阻尼系数高于刚性均压槽气浮垫,得出弹性均压槽气浮垫稳定性高的结论。

关键词：气浮垫高刚度均压槽阻尼系数动态刚度

高刚度特定热膨胀行为的点阵复合材料与结构设计

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高刚度特定热膨胀行为的点阵复合材料与结构设计

作者：梁宇静大连理工大学

学位级别：硕士

热膨胀系数(CTE)是量化材料热行为的重要物理参数,用于表征由于环境温度变化而导致材料/结构体积与形状的变化。为避免在温度剧烈变化下服役的高精密结构丧失原有的设计精度,迫切需要发展零/低膨胀材料;为避免非协调热膨胀的多材料构件... 详细信息

热膨胀系数(CTE)是量化材料热行为的重要物理参数,用于表征由于环境温度变化而导致材料/结构体积与形状的变化。为避免在温度剧烈变化下服役的高精密结构丧失原有的设计精度,迫切需要发展零/低膨胀材料;为避免非协调热膨胀的多材料构件相互分离而破坏结构的完整性从而导致功能失效,需要发展特定膨胀系数的材料;为实现热作动器等结构在温度变化时产生更大的驱动力,则需要发展大膨胀系数的材料。另外,为满足结构的承载需求,要求材料具有一定的刚度。因此,研究在高刚度的条件下具有特定热膨胀性能的材料是非常必要的。通过调整材料的组分、分布以及微结构形式能够实现特定热膨胀和高刚度的点阵复合材料的设计;增材制造为该类复合材料的精准制备提供了强有力的支撑。因此,如何设计微结构形式,使材料或结构能够在具有特定热膨胀系数的同时保持良好的力学性能,成为该方向研究的核心问题。基于这种需求,本文提出了两种可实现任意热膨胀系数的点阵复合材料和一种面内零膨胀的三明治点阵板结构。具体的研究内容和结论如下:(1)可实现任意热膨胀系数的点阵复合材料设计。由双层异种材料梁单元构成的三角形点阵复合材料(Lehman-Lakes)具有高刚度和良好的热膨胀可设计性。然而,该类材料实现热膨胀的可设计性要求角点必须为铰接,此要求为制备带来了困难,特别是在微尺度条件下。本章提出了具有高刚度和任意热膨胀系数的角点固接点阵复合材料(JTC LM),能够方便地通过增材制造进行制备,通过参数设计能够使点阵复合材料实现特定热膨胀性能和高刚度。推导了JTCLM单胞的等效热膨胀系数和等效弹性模量的理论计算公式,并通过数值仿真验证了其有效性。以Invar和Steel组成的点阵复合材料为例,JTCLM单胞相比于Lehman-Lakes单胞,当实现零膨胀特性时,在减重17%的基础上,刚度提升34.2%;在保持刚度不变(略有降低)的情况下,可实现大膨胀系数的点阵复合材料设计。(2)考虑热膨胀行为与刚度提升的手性点阵复合材料设计。为提升JTCLM单胞的刚度特性,本章提出了一种基于双材料梁单元反对称变形的三角形手性点阵复合材料新构型,相比于最优的Lehman-Lakes单胞,当实现零膨胀特性时,刚度提升2.9倍,减重3%;当实现大膨胀系数时,刚度提升1.2倍,减重5%;与JTCLM单胞相比,当实现零膨胀特性时,刚度提升2.2倍。另外,给出了热力耦合分析的解析模型,通过详细的数值分析方法,验证了分析模型和优化设计结果的有效性,揭示了实现刚度提升的机制。(3)面内零膨胀三明治夹层面板的单胞结构设计。基于第二章提出的能够实现零膨胀的机理,提出了一种能够实现面内零膨胀的三明治夹芯面板结构设计,有望用于热防护结构的外部,承受气动载荷。推导了三明治夹层面板面内单向零膨胀的理论计算公式,讨论了单胞的微结构参数对等效热膨胀系数的影响,揭示了其影响规律。在此基础上,将单向零膨胀结构的实现机理扩展到双向零膨胀结构,通过微结构的参数分析,发现了能够实现面内零膨胀的微结构参数。

关键词：特定热膨胀系数高刚度点阵材料多功能设计

高刚度大载荷精密二维定位工作台关键技术研究

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高刚度大载荷精密二维定位工作台关键技术研究

作者：胡冰梅哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来，随着先进装备制造业逐渐朝向精密化和超精密化发展，特别是航空发动机性能的不断提升，对发动机加工装配的精度要求越来越高，尤其是在追求更高推重比的同时，由于装配误差产生的发动机振动、噪声等因素对性能的影响逐渐凸显出... 详细信息

近年来，随着先进装备制造业逐渐朝向精密化和超精密化发展，特别是航空发动机性能的不断提升，对发动机加工装配的精度要求越来越高，尤其是在追求更高推重比的同时，由于装配误差产生的发动机振动、噪声等因素对性能的影响逐渐凸显出来。这就对发动机的测试装备性能提出了严峻的挑战，因而也对所使用的调整定位工作台有了更高的要求，既需要它满足高刚度大载荷，又要求它兼顾大行程高精度。此类高精度工作台国外公司对我国禁运，一般精度的价格又极其昂贵。为此，本文针对自主研发的航空发动机专用装配测试精密二维工作台进行研究，并对课题组研发的传统结构X-Y二维精密调整定位工作台进行了改进优化。主要研究内容如下：首先，对传统基于弹簧回复结构的调整定位工作台结构及工作原理进行深入研究，完成物理模型的建立以及相应的结构分析计算，发现该结构存在刚度低，载荷小，不同方向位移灵敏度特性不一致等缺陷，严重影响了其使用性能，因此必须对其进行改进优化。其次，在对原有工作台分析的基础上，得到结构改进的设计思路;提出了一种基于回复刚度恒定原理的调整定位工作台;对改进结构工作原理进行研究，完成了其物理模型的建立以及必要的结构分析计算，并对改进后工作台的整体性能与原有工作台性能进行了对比，分析了改进后工作台的优势与特点。最后，对改进前后两种工作台的水平刚度、稳定性以及不同载荷下的正向、反向位移灵敏度进行了实验验证与分析。实验结果表明，改进的调整定位工作台与原有弹簧回复结构的调整定位工作台相比，在508kg负载的作用下，改进的工作台位移灵敏度可达0.3μm，而传统弹簧回复结构工作台位移灵敏度仅为1.5μm;改进后的工作台刚度优于3.8×10～5N/m，传统工作台刚度仅为2.1×10～3N/m，改进后刚度提升了约181倍。本文所设计的X-Y二维精密定位工作台刚度、载荷及位移灵敏度均满足课题要求。

关键词：定位工作台高刚度大载荷位移灵敏度