针对目前运载火箭舱内电磁环境愈发复杂且没有有效的测量手段的问题,研制了一种超宽带无源小型化接收天线.该天线采用多个整形单极子的方式拓展带宽并达到小型化目的.接收天线的测量频率范围覆盖500 MHz～6 GHz,尺寸约为60 mm×60 mm×100 mm.通过加入低噪声放大器,使可测量的最低电场强度不高于1 mV/m.由于多个整形极子天线存在相互干扰情况,因此接收天线在频率响应上与理论值存在差异,该差异可以通过校准进行消除.通过数值仿真和样机试验测试,该天线系统的测量能力良好,符合设计预期.将该接收天线应用装载在运载火箭舱内,可以对目前已知的箭上无线系统发射频段进行有效测量,对飞行过程中箭上真实电磁环境的确认、舱内电磁兼容设计、箭地无线链路设计具有重要作用.
板壳结构轻量化设计是工程中的常见问题,采用有限元法对板壳结构进行拓扑优化时,难以获得高质量的网格以精准描述几何模型,且单独使用拓扑优化受制于初始设计空间.提出了一种基于等几何分析的形状-拓扑协同优化方法,该方法执行先形状优化、后拓扑优化的步骤,在最佳结构形状的基础上实现最佳材料布局的优化目标.相比于其他组合形式的优化机制,极大地提高了计算精度与计算效率.采用3个数值算例验证了本方法的有效性与高效性,结果表明,与经典等几何拓扑优化方法相比,可得到更高性能的优化结构,有助于进一步拓宽结构优化的应用范围.
大型火箭舱段间的复合材料端框连接主要由径向螺栓连接和轴向螺栓连接组成,设计了不同铺层和几何尺寸的连接试验件,并通过试验获得了失效载荷和失效形式.然后,选择了 3种渐进损伤方法进行了连接结构的失效预测,并将预测结果与试验结果进行比较,结果表明:采用基于细观力学的复合材料渐进损伤方法,15组径向连接试验件失效载荷计算误差最大为17.3％;4组轴向连接失效载荷计算误差最大7.4％;预测的失效形式与试验结果接近,为连接结构确定了合适的失效预测方法.采用数值分析结果揭示了复合材料单向层的主要失效模式.为复合材料端框连接的设计研究提供了可用的失效预测方法及详细的失效模式分析结果.
以直径0.6 m开口筒壳为例,分析了装配误差对仿真结果产生的影响,表明高精度量化试验系统装配方法研究的必要性.传统装配方法采用直尺等机械工具开展试验系统装配,导致实际装配误差较大且难以精准定量.因此提出一种试验系统装配误差精准测量与调控方法,该方法通过测量标识点获取装配件实际位置,并计算实际与理论位置的装配误差,结合机械推动以及位移测量等设备实现位置精确调控.为验证方法的可行性与精度,基于自研的强度试验高精度装配软件,分别开展了直径0.6 m和1.6 m圆柱筒壳装配调控试验.相比传统方法,最大位移误差从15.00 mm降至0.75 mm,最大角度误差从0.93°降至0.04°,数值分析承载力误差从1.67％降到了 0.04％,降低了装配误差对承载力的影响,提高了试验系统装配精度.
复合材料结构中的制造缺陷严重影响航天装备的服役性能,如何实现复合材料缺陷的高精度检测表征与评价对航天装备的安全性设计意义重大.针对树脂基复合材料缺陷的先进表征技术及评价方法进行概述,重点介绍了复合材料成型工艺与典型缺陷类型、常用复合材料缺陷检测与原位表征技术和复合材料缺陷分析评价方法.通过对复合材料缺陷研究现状的梳理,可见计算机断层扫描技术和基于图像的数值计算方法正以其独特的精确度优势在复合材料缺陷的表征与分析领域崭露头角.同时还对先进的复合材料检测与评价技术在航天装备中复合材料结构安全性设计与可靠性分析方面的应用和发展趋势进行了展望.
