空间带网展开动力学与仿真研究

空间飞网技术因其结构简单可靠,易于实现等特点,成为空间碎片抓捕研究热点。本文使用强度更高,缠绕较少的空间网带替代传统绳网,并对其动力学模型进行研究。首先,采用多种弹簧的弹簧-质点法建立了空间带网动力学模型,进行了带网自由悬垂仿真。并通过与ABAQUS所建立的仿真模型进行对比,验证了动力学模型的正确性,并讨论了剪切弹簧与弯曲弹簧对模型的影响。其次,进行了带网与绳网抛射展开对比仿真,测试带网发射性能。最后,分别进行了空间带网的直接抛射展开与旋转展开仿真,讨论了两种展开方式对空间带网展开的影响。结果表明：抛射展开展开速度快,最大展开面积高,旋转展开过程平稳,两者保形时间相同。可见抛射展开优于旋转展开。     

折叠式MEMS弹簧弹性系数研究与有限元分析

用卡氏第二定律和胡克定律推导出折叠式MEMS弹簧弹性系数的计算公式。ANSYS的仿真结果表明两者的相对误差低于1%。在计算公式和仿真的基础上,研究了各种结构参数对弹性系数的影响规律。最后对设计的弹簧质量块系统分别进行了模态分析和谐波响应分析。分析结果和理论一致。研究结果为其他结构的MEMS弹簧的分析和设计提供了一定的借鉴。     

机械参数对弹簧质量块式加速度开关精度影响分析

针对弹簧质量块式加速度开关普遍存在过载值精度低、生产调试过程中动作过载值易发生偏移问题。文章对典型压缩弹簧质量块式加速度开关建立了力学方程,分析了弹簧弯曲角度、摩擦系数等机械参数对加速度开关的过载性能影响。得出压缩弹簧质量块式加速度开关的弹簧弯曲角度及摩擦系数对加速度开关过载性能的影响规律。得出加速度开关质量块与导向结构之间的摩擦系数ε0.04,加速度开关的压缩弹簧与导向结构中心轴之间的夹角θ1和θ2绝对值小于3°,能够使得加速度开关合格率达到90%以上的结果,对于产品生产控制提供了参考数据。     

爆炸碎片抛射速度及飞行轨迹分析方法

通过对爆炸碎片生成特点及飞行规律的分析,建立了爆炸碎片速度及飞行轨迹分析方法。根据爆生产物膨胀做功原理及多方过程状态方程,推导了爆炸碎片抛射初速度计算公式;在爆炸碎片进行抛射飞行阶段后,根据碎片在重力及空气阻力作用下加速度变化规律,通过对飞行过程中加速度方程的推导及边界条件的确定,确定了爆炸碎片飞行轨迹及飞行速度的分析过程。该方法能够分析得到爆炸碎片影响范围、破坏性等相关信息,进而可以为定量分析爆炸碎片诱发多米诺效应奠定基础。     

线阵CCD图像减影技术实现抛射物体轨迹实时检测

为对抛射物体的运动进行分析 ,克服使用高速录像并逐帧分析像片图像的方法需要较长的后期分析时间 ,不便于对结果进行自动快速分析的缺点 ,论文基于抛射物体的运动学规律 ,通过在抛射曲线上的两个固定点的高度和跨越时间的检测 ,获得了抛射物的初始角度和初始速度。对高度和时间的检测 ,采用了线阵电荷耦合器件 (CCD)为图像传感器进行摄像并采用图像减影的方法识别抛射物体。在对系统进行静态标定的基础上 ,在抛射架上进行了抛射实验检测。用该文提供的方法和用录像检测方法对不同条件下的初始发射角和初速度进行检测 ,二者数据符合得很好     

爆炸荷载作用下建筑玻璃的破碎分析

采用传统的基于侵蚀算法的单元删除法模拟玻璃裂纹的生成时,由于单元删除造成的质量损失及能量不守恒,体系的控制方程不再成立,导致数值模拟结果准确性不高.为此,基于有限元显式动力分析软件LS-DYNA,提出了模拟爆炸荷载作用下玻璃裂纹产生的节点分离法,可避免单元的删除,保证体系的控制方程成立.分别采用节点分离法与单元删除法对某现场爆炸试验中玻璃板的破碎进行数值模拟,对比模拟结果发现,节点分离法得到的碎片最大抛射速度、最远抛射距离以及玻璃破碎形态与试验吻合得更好,从而验证了节点分离法的准确性.此外,采用统计学方法对两种方法下数值模拟结果的玻璃碎片尺寸分布、抛射速度分布以及抛射距离分布进行了详细统计.结果表明:两种方法下,随着爆炸比例距离的减小,生成的小碎片越多,抛射速度越大,抛射距离越远;节点分离法在模拟玻璃小尺寸碎片方面更具优越性.     

空间碎片防护结构效能评价仿真系统和应用

论述了流星体/空间碎片(M/OD)防护的重要性,给出了自主开发的空间碎片防护结构效能评价仿真平台总体框架.通过分析不同防护参数及碰撞参数条件下的防护结构效能,总结了防护间距、防护屏厚度、碰撞速度和碰撞角等参数对空间碎片防护结构效能的影响规律.针对基本的Whipple防护结构,碰撞速度V<3 km/s时,防护结构的防护效能不受防护间距变化的影响,碰撞速度v>3 km/s时.防护间距越大.防护结构的防护效能越好;Whipple防护结构的防护屏厚度越大.防护结构抗空间碎片撞击的能力越强.即其防护效能越好;在整个碰撞速度范围内(0～15 km/s),防护结构的防护效能呈现出3种不同的变化趋势,且防护结构的防护效能随碰撞角增大而提高.提出了一种波纹填充式防护结构,确定了可有效防护小尺寸空间碎片的防护设计参数.     

投掷与跳跃运动中最佳抛射角与速度的辨证关系

借助国内外有关资料,分析讨论了投掷与跳跃运动中的最佳抛射角与速度的关系.结果显示,在最大速度下形成的最佳抛射角度是取得理想成绩的关键.     

爆炸碎片撞击圆柱薄壁储罐的有限元模拟分析

爆炸所产生的碎片会对周围设施及装置安全造成极大的威胁,为定量研究撞击对结构稳定性及结构强度的影响,采用LSDYNA软件,对爆炸碎片撞击下的圆柱薄壁储罐动力学响应进行了数值模拟研究.结果表明,随着碎片撞击速度、横截面积的增加及撞击角度的减少,储罐变得越来越不稳定.随着碎片撞击速度、横截面积的增加及碎片密度的减小,储罐结构强度逐渐失效.碎片撞击速度相同时,立方体碎片的撞击对储罐稳定性和结构强度的影响大于圆柱形碎片.碎片撞击角度为10°时,合成加速度最大,为115 m/s2,此时储罐强度损失最大,导致储罐失效.碎片密度对储罐结构稳定性的影响可忽略不计.     

空间薄膜结构展开分析模型研究综述

随着空间薄膜结构的快速发展,如何有效地实现空间薄膜结构的展开变得越来越重要,已成为航天工程所关注的关键技术问题之一.空间薄膜结构如果不能可靠展开,将会直接影响到与之相连的航天器的表面精度、信号发射等工作性能,对于航天器是否能完成预定的航天任务具有非常重要的意义.本文通过对国际上目前采用的常见空间薄膜结构的展开分析理论和实验模型进行综述,特别是对流—固耦合模型、弹簧—质点模型、控制体积模型和能量—动量模型等几种主要分析模型从理论依据、实践应用以及优缺点等方面进行了比较分析,提出了相应的修正建议,为进一步进行空间薄膜结构的展开分析具有重要的理论指导和实践借鉴意义.     

导弹热发射燃气射流对发射筒的影响

为研究导弹热发射过程中燃气射流对筒体的热冲击和动力冲击效应,基于三维、雷诺平均Navier-Stokes方程和RNG(renormalization-group)κ-ε湍流模型,采用域动分层法模拟导弹发射过程,得到了导弹发射过程中筒内的温度、速度、压强云图及筒壁监测点的压强和温度变化曲线。结果表明:发射筒前后盖打开以后,筒内燃气无反射回流现象;导弹发射过程中,筒内的高压燃气向外压迫筒壁,使筒体产生最大变形为0.68 mm;发射筒在最大温度载荷作用下产生的热变形为0.1 mm。     

波阻抗梯度飞片超高速发射的数值模拟

研究波阻抗梯度飞片的超高速发射特性.应用LS-DYNA有限元程序对波阻抗梯度飞片超高速发射二级飞片的过程进行了数值模拟,计算了二级飞片的压力剖面和速度曲线.研究结果表明,当梯度飞片被聚碳酸酯(Lex-an)封装时,二级飞片的最终发射速度可以达到波阻抗梯度飞片初始加载速度的1.63倍,并且所设计的波阻抗梯度飞片能够实现对二级飞片的准等熵加载.     

气炮发射获得超高速碰撞器的数值模拟研究进展

航天器结构防护的实验研究需要将克量级的金属飞片加速到10 km/s左右的超高速状态,目前中国工程物理研究院流体物理研究所在二级轻气炮装置上对这一关键技术取得了突破性进展,成功将克量级的LY12铝飞片驱动加速到11.0 km/s,将克量级的高密度Ta和Pt飞片分别驱动加速到约10.0 km/s和9.0 km/s.本文简要回顾了我们近年来的实验研究结果,并利用研制的高精度MFPPM计算程序对气炮加载驱动超高速飞片过程进行数值模拟,给出的飞片自由面速度与实验测量结果基本一致.考虑到超高速碰撞效应涉及物质熔化、汽化和等离子状态等宽区物态方程问题,进一步发展了具有自主知识产权的LSFC欧拉型计算程序,在气炮加载驱动超高速飞片问题中对其进行了验证,其计算结果与MFPPM的计算结果基本吻合,拟进一步发展后将其应用于超高速空间碎片及其防护的数值模拟研究.     

飞矛对空间运载火箭残骸的锚固捕获特性研究

随着在轨废弃航天器的不断增多，飞矛捕获成为一种清除大型空间碎片的新式方法。首先通过分析典型废弃航天器的特征属性，选定了运载火箭末子级作为飞矛捕获的在轨演示目标。接着提出了一种一体式多层级倒刺结构的飞矛，通过飞矛撞击末子级靶板的有限元动力学仿真，研究了不同初速下飞矛的锚固效果。最后为模拟空间捕获场景，赋予了捕获目标不同的自旋速度，研究了飞矛对运动末子集靶板的锚固特性。结果表明飞矛的撞击固定末子级靶板的最佳锚固初速为70m/s，并且在此速度下运动状态下的末子级靶板仍可被飞矛锚固捕获。可见飞矛在空间中捕获运载火箭残骸的方案是可行的，并且揭示出飞矛捕获方式对目标运动状态的不敏感性。     

酸雨-冻融侵蚀下透水混凝土性能损伤

为探究酸雨和冻融共同作用对透水混凝土性能的影响,采用酸雨-冻融侵蚀试验,分析不同橡胶掺量(0%、3%、6%和9%)下透水混凝土的质量、动弹性模量、超声波波速、抗压强度和透水系数等指标的变化规律,通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope, SEM)和X射线衍射分析(X-ray diffraction, XRD)试验,从微观角度分析酸雨-冻融侵蚀机理。结果表明,透水混凝土的质量损失率、超声波波速损失率、透水系数和抗压强度损失率均呈不断上升趋势,相对动弹性模量呈不断降低趋势。掺入适量橡胶,会改善透水混凝土抗侵蚀性能。此外,利用灰色聚类分析得出透水混凝土的动弹性模量、超声波波速、抗压强度和透水系数等指标可以归为一类进行研究;结合SEM和XRD分析图谱分析得出酸雨-冻融循环试验的主要侵蚀产物为钙矾石晶体。     

异质材料凸起切向变形动摩擦研究

基于三角形凸起假设,提出截止研合角、截止位形角等概念,建立不同材料弹性模量下的凸起切向变形摩擦模型。讨论等倾角异质材料弹性模量、凸起变形、摩擦因数三者之间的理论联系。认为坚硬材料副三角形变形符合n/(n+2)原理,软材料副三角形变形符合1/(2n+1)原理。异质材料的情况,摩擦因数的"决定因子"主要由坚硬副来决定。弹性模量不同的同粗糙度的两个材料,摩擦因数一般倾向于比同材料的大,摩擦因数倾向于由高刚度材料决定。凸起在长期变形下形成左右不对称的三角形,接触面逐渐平缓,倾角逐渐变小,摩擦因数逐渐变小。这就是三角形凸起的跑合后的摩擦因数变小的重要原因。提出放大系数、细观摩擦因数等概念、计算了理论动静比(理论的动摩擦因数和静摩擦因数之比值)、放大系数和凸起倾角、n、细观摩擦角几者之间的关系。经实例计算分析,材料的动摩擦因数随着凸起倾角和细观摩擦角的增加而增加,细观摩擦角减小,放大系数也明显减小,静摩擦因数大约为动摩擦因数的1.4~1.5者居多,也许导致静摩擦因数存在巨大差异的原因。     

长征火箭的现状及展望

我国依靠自己的力量独立自主地研制了长征火箭,在航天运载领域跻身于世界先进行列,取得了举世瞩目的成就。长征火箭目前已形成了包括12种型号的火箭家族,可用于发射近地轨道、太阳同步轨道和地球同步转移轨道的多种卫星及载人飞船,也可以执行深空的发射任务:火箭总体技术性能达到了国际先进水平,并在国际商业卫星发射服务市场中占有了一席之地;带动了国民经济相关行业的发展。今后将进一步提高长征火箭的可靠性、适应性,同时加快研制新一代无毒、无污染、高性能、低成本的运载火箭,增强其参与国际商业发射服务的能力,同时满足我国发展空间技术的需要,促进国民绎济建设,提高我国的综合国力。     

The Primal Exploration of Space launch and Manned Lunar-landing

The lunar-landing is the continuity of manned spaceflight engineering. Comparing with the manned spacecraft engineering, it requires more reliability , larger scale, and more funds. On the basis of China＇ s achievements and the experiences of foreign com~tries, the paper brings forward the idea that using the existing transportation technology to send the launch vehicles and cosmonauts to the near-earth orbit in batches, assembling the components together on the space-launch platform, and then launching them to the moon to fulfill our dream of manned landing on the moon. The paper also discusses the space launch platform and the launching ways.     

球状飞射物对屋面瓦片冲击效应的数值模拟

选取典型的球状混凝土飞射物,研究其对一种典型屋面陶土瓦片的冲击破坏作用.基于ANSYS/LS-DYNA平台,参考落球冲击试验方法建立冲击碰撞的有限元计算模型.选取Johnson-Holmquist-Ceramic本构模型模拟陶土瓦片材料,引入单元应变失效准则模拟瓦片破坏情况,采用显式动力学方法研究落球冲击试验中瓦片应力、应变、变形的时变机理.对冲击速度、球块质量、瓦片倾角进行参数分析,结果表明,瓦片最大等效应力与冲击速率及球块质量大致成正比,与瓦片倾角相关性不大.冲击过程是一个能量显著转移的过程,根据损伤方程计算出陶土瓦片能承受不超过34.35m·s~(-1)的来流风速下球状混凝土飞射物的冲击破坏作用.