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2012年 第42卷 第4期 刊出日期:2012-07-25
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    韩增尧, 陆启韶, 姚振汉
    力学进展. 2012, 42 (4):  :  365-365.  doi:10.6052/1000-0992-2012-4-20120401
    摘要 ( 601 )   PDF (222KB) ( 862 )  
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    半个世纪以来, 航天动力学的研究取得了较为丰硕的成果, 中国航天走出了一条独立自主的发展道路, 先后成功实现了\东方红一号" 卫星、载人航天工程和探月工程三大里程碑的跨越. 2012 年6 月29日, 神舟九号飞船与天宫一号目标飞行器载人交会对接任务的顺利完成, 标志着我国航天技术水平又向前迈进了一大步. 航天器和运载火箭作为体现航天技术发展的主要载体, 其研制、发射和运行是一项庞大的系统工程, 而动力学分析、设计及试验验证则是航天器和运载火箭研制过程中的重要环节, 动力学建模、分析方法及试验技术的正确合理性直接影响着航天器和运载火箭的设计水平, 甚至决定着航天任务的成败.
    航天器动力学与控制的研究进展与展望
    黄文虎, 曹登庆, 韩增尧
    力学进展. 2012, 42 (4):  367-394.  doi:10.6052/1000-0992-11-171
    摘要 ( 1896 )   PDF (2585KB) ( 3592 )  
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    开展航天器动力学与控制的研究在航天技术的发展中起到举足轻重的作用, 其目的在于发展有效的方法促使航天器在各阶段平稳可靠地运行. 航天器技术发展迅速, 其形式日趋多样化, 功能与构造日趋复杂,已经向大型空间站、微小卫星、深空探测等方向发展. 航天器结构表现出多耦合、非线性、极端外界环境, 以及大尺度柔性结构等特征, 由此激发起航天器动力学与控制领域各方向的深入研究. 航天器动力学与控制的研究方法覆盖理论分析、数值仿真, 以及实验模拟等诸多方面, 研究内容十分丰富. 本文概括介绍了近年来航天器动力学与控制研究方面的发展状况, 综述了跨航天器动力学与控制、航天器系统级动力学与振动控制、航天器部件级动力学与振动控制等航天领域中的若干基础问题. 内容主要集中于航天领域中不同应用范围、不同层次结构的航天器动力学模型的建立和动力学响应与振动控制的研究方法及已取得的成果. 最后, 提出了该领域中值得进一步考虑的科学问题及未来的发展方向.

    航天器动力学模型试验验证技术研究进展
    丁继锋, 韩增尧, 马兴瑞
    力学进展. 2012, 42 (4):  :  395-405.  doi:10.6052/1000-0992-10-012
    摘要 ( 1191 )   PDF (903KB) ( 1310 )  
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    耦合载荷分析是航天器研制过程中的一个重要环节, 能够为航天器结构设计, 地面验证试验条件制定以及批准型号发射提供重要依据, 而精确地得到试验验证的航天器动力学分析模型是开展耦合载荷分析的基础. 对于大型复杂航天器结构系统, 动力学模型的试验验证需要统筹安排初始建模、动力学试验、相关分析和模型修正等工作, 这是一项极具挑战的任务. 本文首先给出了结构动力学模型验证的基本流程, 然后重点讨论动力学试验, 相关分析与模型修正等关键技术, 最后结合工程实际的需求, 提出了今后航天器动力学模型试验验证技术研究的重点.
    运载火箭结构动力学模拟技术研究进展
    潘忠文, 曾耀祥, 廉永正, 邢誉峰
    力学进展. 2012, 42 (4):  :  406-415.  doi:10.6052/1000-0992-12-063
    摘要 ( 1132 )   PDF (2511KB) ( 2017 )  
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    本文首先按照火箭的不同型号, 综述了国内外全箭模态分析及试验验证的进展情况; 然后, 从蒙皮加筋圆柱壳结构动力学建模、液体推进剂动力学模拟、局部振型斜率预示三个方面, 综述了火箭动力学建模技术进展; 最后根据火箭动力学发展需求, 对后续研究提出了一些建议.
    航天器与运载火箭耦合分析相关技术研究进展
    邱吉宝, 张正平, 李海波
    力学进展. 2012, 42 (4):  :  416-436.  doi:10.6052/1000-0992-11-203
    摘要 ( 1209 )   PDF (6093KB) ( 983 )  
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    本文以载荷分析为主要内容, 概述航天飞行器结构动力学研究的一些进展. 首先介绍航箭(航天器/运载火箭简称为航箭) 耦合系统载荷分析基本思想. 然后介绍以下3 个方面的载荷分析方法: (1) 采用基础激励理论初始载荷分析的近似方法; (2) 考虑航箭耦合影响的航天器/运载耦合系统分支模态综合法. 导出采用约束模态质量界面加速度的航天器载荷计算方法; 当仅考虑静定约束特殊情况时, 退化的方程与Chen 采用有限元法导出的方程相同. 给出新航天器载荷瞬态分析技术, 即一个以前的航天器/运载耦合系统载荷结果可以用来获得相同运载火箭发射一个新航天器结构的必要的载荷信息. (3) 考虑航箭耦合影响的航天器/运载耦合系统模态综合法. 包括: 固定界面模态综合法, 以及航天器/运载耦合的界面综合动态响应计算新方法. 最后, 介绍验证载荷分析技术. 简要讨论验证技术的重要性, 提出了采用试验与理论相结合的结构动态试验仿真技术,该方法包括了一套修正数学模型的新技术, 称之为子结构试验建模综合技术. 该方法已应用于复杂的结构建模. 在进行CZ-2E 运载火箭实尺模态试验之前, 用建议的模态试验仿真技术给出CZ-2E 模态参数的预示结果, 并与随后获得的实际模态试验结果相比, 两个结果彼此之间高度一致. 这个结果证明了模态试验仿真技术已成功地预示了CZ-2E 运载火箭的模态参数, 验证了建议的模态试验仿真技术的可靠性. 讨论了振动台振动试验仿真技术. 介绍了振动台振动试验仿真的几个关键技术. 包括: 有限元模型修正技术, 40 t 振动台系统台面控制仿真方法和D 卫星振动台振动试验仿真.
    包带连接特性及星-箭-包带连接结构耦合动力学的研究进展
    秦朝烨, 褚福磊, 阎绍泽
    力学进展. 2012, 42 (4):  :  437-444.  doi:10.6052/1000-0992-11-035
    摘要 ( 1037 )   PDF (2755KB) ( 1385 )  
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    包带连接结构是目前航天领域应用最广泛的星箭连接和分离机构. 包带连接结构通过组件间的接触、摩擦传递载荷, 在预紧力作用下实现星箭连接. 各组件间的接触、摩擦力学行为随外载荷的变化而改变, 从而导致包带连接刚度具有明显的非线性特征, 影响火箭的运载能力以及星箭系统的动力学特性. 本文对包带连接结构的局部连接特性及其对星箭整体系统动力学特性的影响进行了综述. 首先介绍了国内外针对包带连接特性开展的研究工作, 重点评述了有关包带连接结构的承载能力和连接刚度等问题的研究进展; 随后, 围绕包带连接结构在星箭系统模型中的表征及其对星箭系统动特性的影响等问题, 对星-箭-包带耦合动力学进行了论述; 最后, 指出了这一领域需要进一步研究的若干问题.
    航天器全频域力学环境预示技术研究进展
    邹元杰, 韩增尧, 张瑾
    力学进展. 2012, 42 (4):  :  445-454.  doi:10.6052/1000-0992-11-075
    摘要 ( 927 )   PDF (4397KB) ( 1951 )  
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    航天器力学环境预示对于总体设计、结构与机构分系统设计是至关重要的, 特别是对于首发型号, 往往缺乏相似型号的遥测数据参考, 使得有效的预示成为地面试验方案和试验条件确定的主要依据. 航天器在发射段需要承受覆盖全频域的动态载荷, 不同频段的载荷和结构振动响应特性差异很大, 很难用单一的分析方法进行准确预示. 本文分别针对航天器发射力学环境的低频、高频、中频3 个频段, 介绍了国内外航天器全频域力学环境预示的主要方法及其工程应用的研究进展, 并提出了我国在该领域亟需解决的关键技术.
    航天器力限振动试验条件设计研究
    李正举, 马兴瑞, 韩增尧
    力学进展. 2012, 42 (4):  :  455-463.  doi:10.6052/1000-0992-12-043
    摘要 ( 941 )   PDF (1941KB) ( 1272 )  
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    航天器在研制过程中要经过一系列地面力学验证试验, 但在传统加速度控制振动试验中, 受试航天器或其部组件和试验台的连接机械阻抗与真实飞行状态存在很大差异, 如果仅采用加速度条件进行控制可能产生严重的"过试验" 现象. 美国早在20 世纪60 年代就已认识到这一问题, 但直到最近十几年才通过力限振动试验的办法加以解决. 力限振动试验技术分为力限振动试验条件设计技术和力限振动试验控制技术, 其中试验条件设计是开展振动试验的基础和依据. 本文对国内外力限振动试验技术的发展历程和重要成果进行了简述, 并结合我国力限振动试验技术的现状, 对力限振动试验技术在我国的应用和发展, 以及有待进一步研究的问题进行了展望.
    随机振动环境下航天器结构强度设计方法综述
    张玉梅, 韩增尧, 邹元杰
    力学进展. 2012, 42 (4):  :  464-471.  doi:10.6052/1000-0992-12-016
    摘要 ( 1252 )   PDF (922KB) ( 2022 )  
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    随机振动环境是航天器结构强度设计重点考虑的因素之一. 目前, 在随机振动环境条件下, 航天器结构强度设计采取的方法主要为等效的准静态设计方法, 其等效原则可分为加速度响应等效、位移响应等效以及应力响应等效. 本文重点介绍了3 种等效原则的基本原理、处理方法、国内外发展现状及工程应用情况, 并在综合分析的基础上推荐使用基于位移和应力峰值响应等效的设计方法. 最后针对需进一步开展的研究工作提出了建议.
    充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的研究与应用
    李青, 王天舒, 马兴瑞
    力学进展. 2012, 42 (4):  :  472-481.  doi:10.6052/1000-0992-12-019
    摘要 ( 1457 )   PDF (1108KB) ( 2135 )  
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    随着火箭运载能力、卫星工作寿命和深空探测器任务复杂度的不断提高, 液体推进剂占航天器总质量的比重也不断增加. 液体推进剂的晃动影响着航天器的运动稳定性和姿轨控系统的可靠性, 是航天器动力学中一个备受关注的问题. 充液航天器中晃动的液体是一个分布参数系统, 理论上是无穷维的, 而工程上希望建立的数学模型是简单、低维的, 因此对液体晃动等效力学模型的研究经久不衰. 另外, 液体推进剂对航天器的结构动特性有着重要的影响, 在建立充液航天器的结构动力学模型时需要考虑液体推进剂与贮箱等结构的耦合效应. 本文首先结合液体晃动动力学理论和航天工程实际, 从理论研究、数值研究和实验研究等三个方面综述了国内外在充液航天器液体晃动动力学领域的研究现状, 并以此为基础介绍了航天工程中液体晃动等效力学模型的应用进展情况; 然后, 以液体运载火箭为例概述了国内外在充液航天器液固耦合建模方面的成果,介绍了求解液固耦合问题的数值方法和应用软件; 最后, 根据航天器工程的发展需求, 对充液航天器液体晃动和液固耦合动力学的进一步研究方向提出了一些建议.
    平流层飞艇动力学与控制研究进展
    李智斌, 吴雷, 张景瑞, 李勇
    力学进展. 2012, 42 (4):  :  482-493.  doi:10.6052/1000-0992-11-092
    摘要 ( 1247 )   PDF (1181KB) ( 2371 )  
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    本文简要介绍了飞艇的发展沿革和研究现状. 通过同传统的航空器、航天器、潜艇和低空飞艇进行比较, 阐述了平流层飞艇的飞行原理. 从基本运动模型和复杂受力情况的角度, 系统地讨论了飞艇动力学研究进展, 包括空气动力学研究、静力分析、热力学分析、柔性体动力学及流固耦合研究. 然后综述了飞艇控制方法研究进展, 包括小扰动线性化控制、输入输出反馈线性化控制、基于Lyapunov 非线性稳定性的控制及其他控制方法. 最后展望了在平流层飞艇动力学与控制领域需要从6 个方面加强研究.
    评析谈庆明的近作《Dimensional Analysis》
    鲁晓兵
    力学进展. 2012, 42 (4):  :  494-495.  doi:10.6052/1000-0992-2012-4-20120412
    摘要 ( 750 )   PDF (120KB) ( 1587 )  
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    量纲分析是解决实际问题的一个有力工具,不仅可以用来合理地简化及处理问题, 而且可以导出新知识、获得新信息. 越是新现象、新问题、复杂的问题, 越能体现量纲分析的优越性.
    力学科学处2011年重点项目结题审查情况的简要介绍
    詹世革, 张攀峰, 吕守芹, 张文明
    力学进展. 2012, 42 (4):  :  496-500.  doi:10.6052/1000-0992-2012-4-20120413
    摘要 ( 647 )   PDF (211KB) ( 1081 )  
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    按照《国家自然科学基金重点项目管理办法》的有关规定: 自然科学基金委应当自收到结题材料之日起90 日内, 组织同行专家对重点项目完成情况进行审查. 为了促进重点项目之间的交流, 加强对比, 提高效率, 数理科学部于2012 年3 月15日至16 在北京召开会议组织专家对2011 年结题的重点项目进行了集中审查, 会议采取分学科处进行的方式. 力学科学处共有10 项重点项目进行了结题审查(见表1). 各项目负责人就研究计划的完成情况、取得的成果及水平, 以及人才培养和国际合作与交流的成效等进行了汇报. 评审专家进行了认真讨论, 形成了结题审查专家组评价意见.