论新型航天器发展对力学学科的挑战论文(参考).docVIP

论新型航天器发展?对力学学科的挑战?论文 论新型航天?器发展对力学学科?的挑战论文 　?　航天器结构尺寸?大. 常用运载火?箭的芯级直径一般?在3~5 m, ?总长30~60 ?m; 而重型火箭?的芯级直径在10? m左右, 总长?在百米左右. ?　　起飞重量大.? 常用运载火箭的?起飞重量通常在几?百吨, 起飞推力?也是数百吨; 而?重型运载火箭的起?飞重量大多在20?1X 吨力学环境?复杂. 重型运载?火箭由气动载荷、?过载、噪声、振动?、冲击形成的综合?载荷量级有较大提?升, 一般情况下?是常用运载火箭的?1.5~2 倍.? 　　重型运载?火箭由于具有上述?技术特点, 因此?在工程研制中将面?临一系列技术难题?, 主要表现在:? 　　载荷路径?传递规划难. 由?于重型运载火箭质?量规模大、飞行静?态载荷高, 因此?发动机的大推力需?通过合理规划载荷?路径, 以实现不?同结构部段之间的?有效传递, 并使?机架、尾段和捆绑?连接点等应力集中?位置的应力得到有?效扩散. 　　?结构轻量化设计难?. 重型运载火箭?要实现百吨级的运?载能力, 需要在?高载荷作用的条件?下, 通过选择与?应用轻质材料和结?构优化设计, 解?决大尺寸铝锂合金?、复合材料的设计?和生产难题, 以?实现结构质量的降?低、运载效率的提?升. 　　力学?特性分析与试验验?证难. 由于重型?运载火箭结构尺寸?大, 建设与之相?匹配的大型地面试?验设施投资规模大?、技术难度高、综?合效益低, 因此?必须解决大型复杂?结构力学特性分析?和采用部段级试验?实现整箭模态参数?等技术难题, 以?实现重型运载火箭?力学特性的精确分?析和试验验证的有?效性. 　　大?型结构刚-柔-液?耦合分析难. 由?于重型运载火箭尺?寸大、燃料多、载?荷高, 在飞行过?程中箭体将经受复?杂的力学环境作用?, 必须解决刚-?柔-液耦合特性分?析难题, 为箭体?姿态控制、级间分?离、整流罩分离等?关键过程提供准确?的动力学特性参数?. .2 大型?空间飞行器 　?　随着探索空间和?利用空间的不断深?入, 世界主要航?天国家对具有高性?能、高功能结构的?多舱段式空间站???大容量通信卫星、?高指向精度和高稳?定度的遥感卫星等?新型大型空间飞行?器的研制需求越来?越迫切. 与现有?空间飞行器相比,? 这类新型大型空?间飞行器具有如下?特点: 　　尺?寸庞大. 目前空?间飞行器展宽一般?不超过40 m,? 附件的直径尺寸?基本在30 m以?内; 而新型大型?空间飞行器的展宽?大多达到50 m?以上, 附件的直?径尺寸有的高达百?米, 极端情况可?达千米级, 比如?空间太阳能电站的?跨度达到10 k?m. 　　构型?复杂. 新型空间?飞行器往往由多舱?段对接, 或多柔?性模块组装构成,? 且带有大型机械?臂、可展开天线等?具有相对运动特性?的多个大型柔性附?件,同时兼顾在轨?组装、在轨维修、?在轨操作等任务,? 导致航天器成为?变构型、变参数的?大型甚至超大型空?间复杂组合体结构?. 　　刚-柔?-液强耦合. 相?对于现有空间飞行?器的构型而言, ?新型大型空间飞行?器由于带有柔性太?阳电池阵、可展开?天线等大型柔性附?件以及多个大型贮?箱, 刚-柔-液?的相互作用将成为?航天器总体设计和?控制系统设计的重?要影响因素. ?　　精度和稳定度?要求高. 以等效?口径达到6.5 ?m的詹姆斯;韦伯?太空望远镜、波束?达到500 个甚?至更多的通信卫星?及采用宽带通信载?荷工作环境更加苛?刻. 大型空间飞?行器在轨工作寿命?要求更长总体设计?难. 由于尺寸庞?大、构型复杂、带?有多个大型柔性附?件, 新型空间飞?行器的总体设计,?需要考虑各种大型?部组件安装布局、?微振动抑制并兼顾?各种使用要求, ?以实现构型、布局?满足发射状态下的?最大包络和环境条?件. 　　构型?与形状控制难. ?由于结构尺寸庞大?、构型复杂、刚-?柔-液强耦合, ?且具有变构型、变?参数以及高精度高?稳定度要求, 新?型空间飞行器需要?解决组合体控制和?大型复杂柔性附件?展收和型面控制等?技术难题. 　?　试验验证难. ?由于新型空间飞行?器结构尺寸大, ?建设与之相匹配的?大型地面试验设施?往往投资规模大、?技术难度高、综合?效益低, 因此需?要解决仿真分析、?部组件级试验替代?整体试验和利用在?轨参数辨识进行模?型修正等技术难题?, 以实现大型空?间飞行器力学特性?的精确分析和试验?验证的有效性与充?分性. .3 ?可重复使用运载器? 　　随着航天?技术发展和低成本?航天运输的迫切需?求, 在一次性运?载器基础上发展快?速、廉价、可靠进?出空间并可多次重?复使用的运载器,? 是当前及未来国?内外运载器发展的?重要方向之一. ?