摘要:表取机械臂具有大跨度、低刚度的特点，静外力作用下杆件及关节容易发生较大弹性变形，影响机械臂末端绝对定位精度；同时，加工或装配造成的几何参数误差也会对末端绝对定位精度造成一定影响。为提高表取机械臂末端绝对定位精度，提出一种考虑弹性变形的表取机械臂精度补偿方法。首先，基于改进的Denavit-Hartenberg （Modified DH， MDH）模型对机械臂进行运动学建模并推导几何误差模型；其次，计算因杆件、关节弹性变形产生的杆件坐标系弹性误差，建立弹性误差与机械臂末端位置误差间的映射关系；然后，综合几何误差模型与弹性误差模型建立机械臂综合误差模型；最后，辨识机械臂几何参数，补偿机械臂末端位置误差。实验结果表明，该方法能够有效提高机械臂末端绝对定位精度。

摘要:火星巡视器是执行复杂的火星表面探测任务的重要载体，为保证巡视器的可靠性，本文对火星巡视器动力学原理进行了研究。首先，分析了巡视器的结构组成，介绍了巡视器动力学建模的相关理论基础。然后根据巡视器有向Span树的轴链系统，基于拉格朗日递归动力学分析方法，得到了多轴系统拉格朗日方程，通过遍历巡视器轴链拓扑完成了巡视器动力学模型的建立。接着，将链符号系统引入经典Bekker轮土力学模型，以提高其准确性。最后，在VS平台MFC框架中开发了动力学仿真软件，对本文的动力学系统进行了测试，验证了巡视器动力学建模与控制的准确性与实时性。

摘要:航天器的内带电效应是影响其在轨稳定运行的重要因素。内带电效应的电流监测可以直接获得一手的内带电效应监测数据，也可获得反映引起内带电效应的高能电子充电环境的状态。针对近地中高地球轨道环境，基于国外电流监测数据并考虑可能遭遇的高能电子暴环境，分析获得了内带电效应电流的测量范围10 fA~500 pA。针对未来中高轨及木星、火星等深空探测任务内带电监测需求，提出了一种微弱电流监测方案，实现了pA级微弱电流测量模块的实验室模拟标定。标定结果表明，在10 fA~500 pA范围内，输入电流与输出测量电压之间的线性度较好。

摘要:空间薄膜结构可以通过气体驱动其展开，与传统的机械展开方式相比，其展开机构较为简单、发射成本低、且折叠体积小，可以应用在空间柔性结构的展开、废弃卫星的离轨等多领域中。针对空间薄膜结构充气展开方式，在高级有限元前后处理软件（LS-PREPOST）中建立模型并设定4种工况，选定一种工况为标准充气情况，而后将模型输出的K文件导入LS-DYNA求解器中，通过改变充气速率、温度和压强来对结构的动力学特性进行仿真分析，可以得到当改变充入气体的温度为750 K时，展开过程较平稳，展开效果良好，更适于工程实际应用。

摘要:针对空间飞行器捕获对接过程中复杂的多体动力学问题，鉴于弱撞击对接机构（Low impact docking mechanism， LIDM）不同于以往常见的刚性对接机构，其在对接过程中产生碰撞力远小于空间飞行器自身的重量，且自身对接环处安装有六维力传感器，因此可以将捕获过程中LIDM处产生的碰撞力等效为作用于对接环质心处的时变载荷。依据第二类拉格朗日方程的动力学建模方法，推导了各组件动力学参数的具体表达式，建立了全刚体目标系统下的多体动力学模型，并基于MATLAB实现了动力学参数的输出。用ADAMS的多体动力学模型进行仿真验证，结果表明：两者的计算验证结果证明了以拉格朗日方程建立的LIDM捕获动力学模型的正确性。为研究空间对接机构的结构优化与工程应用打下了基础。

摘要:未来，载人航天、基地建设等任务要求着陆器具备柔顺落震、可重复使用、可调姿/移动等功能，基于材料塑性变形吸能机理的传统着陆器将无法满足相应要求，为此，本文提出了一种可实现着陆器星表柔顺落震和可复用、可调姿、可行走等功能的阻尼力被动可控电磁缓冲器，完成了结构设计、理论分析和仿真验证。首先，提出了一种采用电磁缓冲器作为辅助缓冲支柱的新型可复用着陆器，完成了落震动力学分析，得出了电磁缓冲器的主要性能指标和结构参数；其次，介绍了电磁缓冲器的内部结构设计和基于滑动电阻导杆的阻尼力被动可控实现机理；最后，通过有限元方法完成了虚拟样机建模与仿真，验证了电磁缓冲器的功能有效性，并确定了能耗电阻、励磁电流等关键电性参数。该电磁缓冲器创新性地实现了阻尼力的近似线性的平滑变化，从而有效降低着陆器触地瞬时冲击过载，提高落震过程柔顺性，并将最大过载系数限定在要求的范围内，为面向未来星表软着陆任务的新型着陆器研制提供了一种缓冲吸能解决方案。

摘要:容错电机以其可靠性高、容错能力强以及恶劣环境工作能力强等优点得到了国内外电机领域广泛关注，其工作原理、拓扑结构、电磁性能和控制策略等已有广泛而深入的研究，研究结果表明该类电机非常适合应用于全电/多电飞机电力作动系统。本文从拓扑结构和控制算法两大方面对电力作动系统用容错电机的关键技术进行分析和总结。在拓扑结构方面，横向比较了每种原型电机引入容错设计后对原有电磁性能的影响，纵向归纳了电机容错设计的通用设计方法和一般规律。在控制策略方面，分析了基于电流矢量重构技术和基于电压矢量重构技术两大类方法的内在联系与优缺点，提出了提高转速动态的容错电机转矩冲量平衡控制，并对代表性拓扑结构和容错算法进行了仿真和实验比较。最后展望了容错电机的研究前景与应用拓展。

摘要:机械零件位姿识别的准确性与高效性是实现生产过程自动化与仓储物流智能化的关键性能之一。本文对一般机械零件的位姿计算方法进行了研究，针对其形状种类多、结构特征明显等特点，结合场景语义分割方法以及点对特征，提出了一种基于区域感知的机械零件位姿计算方法，计算机械零件的位姿。为验证方法的有效性，使用多组数据进行了实验，并和其他方法进行了对比，试验结果表明该方法具有较高的位姿计算精度，且可以有效地提高计算效率。

摘要:为进一步提高激光选区熔化成形316L不锈钢制件的力学性能，在316L不锈钢粉末中添加LaB₆稀土材料，分析其对成形样件显微组织、显微硬度、拉伸性能和耐磨性能的影响。结果表明：微量添加LaB₆的316L不锈钢材料其激光选区熔化（Selective laser melting， SLM）成形工艺窗口发生了偏移，在获取同等致密度制件的条件下可进一步降低激光功率密度；添加的LaB₆稀土材料改变了316L材料熔池的熔凝行为，致平均结晶晶粒细化，显微硬度、拉伸强度、屈服强度和耐磨性能得到提高。

摘要:针对目前低温微磨料气射流加工用简易实验装置中存在的问题，研制了低温微磨料气射流加工微流道专用机床。该机床主要由微磨料气射流发生部分、冷却部分、加工部分、磨料回收部分及其控制系统部分组成。首先对机床进行整体设计，保证其具有合理的布局和稳定的结构；其次针对机床的核心部件冷却器进行总体设计、理论计算与仿真分析，并开展测温实验验证设计的合理性，使用PLC控制器和液氮液位监测仪实现冷却器的自动控温；最后设计了四维移动平台，并通过人机交互界面对其进行编程控制。验证实验表明，该机床在低温下可实现对聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）材料的有效冲蚀去除，且加工效果明显好于常温下的加工效果，能够满足微流控芯片的多元化应用需求。

摘要:探究并建立纤维金属层板中的金属与复合材料的热膨胀系数不匹配而导致的制件界面处产生的较大的层间应力的数学模型。首先通过控制简单非对称纤维金属层板三维各向尺度的变化，得到各向尺度变化对纤维金属层板层间应力的变化影响规律，并根据所得规律简化了纤维金属层板的力学结构模型。基于弹性力学和理论力学对设置的力学模型进行分析，得出了单向非对称铺层纤维金属层板层间应力的数学模型。然后通过分析非对称铺层与对称铺层制件之间的联系，将非对称铺层的纤维金属层板层间应力表达式推广到了标准对称铺层。光纤光栅传感器实测出的应力值与理论模型得出的应力值进行对比，最大误差不超过3.504%。验证了纤维金属层板层间应力理论模型的准确性。

摘要:预浸料作为制备碳纤维复合材料（Carbon fiber reinforced plastic，CFRP）的原材料，它的质量将直接影响材料成品的性能。本文将涡流检测技术应用于预浸料的损伤检测上，针对预浸料中涡流较小，损伤信号更容易被双圆形线圈构成的发射-接收（Transmit-receive，T-R）型探头的提离影响以及该探头对损伤方向检测不敏感的问题，设计了一种矩形-圆形（Rectangle-circular，R-C）型探头。理论上，无论探头如何提离均不会对接收信号产生影响。通过三维电磁有限元仿真优化设计了矩形线圈的尺寸并验证了R-C型探头的可行性。实验研究表明，与原T-R探头相比，R-C型探头的提离带来的影响明显减小，且对预浸料上的纤维弯曲方向有很好的表征，对裂纹也有其独特的表征方式；但在相同激励下接收到的信号大小要小于原探头。

摘要:为了探索压电纤维复合材料中局部应力场的分布规律和准确预测其有效刚度，基于复变函数理论和线性压电理论，得到了含周期分布压电纤维复合材料平面问题的半解析解。根据单胞内基体和夹杂所占区域的几何特点，分别给出复势函数的级数形式，这些复势函数在基体与夹杂的相邻界面上应满足连续性条件，在单胞的外边界应满足周期性边界条件和远场加载条件，从而确定复势函数中的待定系数，进而确定局部场，最后根据平均场理论给出了复合材料有效刚度和等效压电常数。结果表明：当基体模量大于压电夹杂模量时，电载荷对夹杂周围的局部应力场的影响是显著的，施加沿压电夹杂极化方向的正向电载荷有可能使基体与夹杂相邻界面上的最大等效应力位置相对于无电载或施加反向电载荷时发生90°改变；反之，电载荷对局部应力场几乎没有影响。由于微观结构的对称性，使得复合材料宏观上沿两个对称轴方向具有相同的刚度。同时还发现等效压电系数对基体模量非常敏感。

摘要:为了满足航空发动机热端部件材料力学性能的不断提高，应用基于密度泛函理论的第一原理方法，研究了Re对Ni₃Al金属间化合物力学强度的影响。通过建立掺杂Re前后Ni₃Al的滑移模型和断裂模型，计算了晶胞的不稳定堆垛层错能γUS和断裂能γC，进而判断Re对Ni₃Al屈服强度和断裂强度的影响。另外根据经验判据，γC/γUS值可表征材料的韧脆性。计算结果表明，Re的掺杂增大了Ni₃Al [112ˉ](111)和[11ˉ0](111)两个滑移系下的γUS，使得滑移系不易开动，不易使Ni₃Al发生塑性变形，增大了Ni₃Al的屈服强度。Re增大了Ni₃Al在密排面处的断裂能，使得其不易在密排面发生断裂，增大了断裂强度。关于改善Ni₃Al的韧性，Re的掺杂对于密排面上不同滑移方向的影响具有一定的差别。此研究工作可为改善航空发动机单晶叶片的力学性能提供理论基础。

摘要:将声矢量传感器阵列参数估计问题与平行因子（Parallel factor， PARAFAC）模型相结合，提出了一种基于快速PARAFAC分解的二维波达方向（Direction of arrival， DOA）估计算法。该算法首先将接收信号构建为PARAFAC模型，然后在数据域对参数矩阵进行初估计，最后利用PARAFAC分解获得信号二维DOA估计。该算法能够应用于任意结构的声矢量传感器阵列，同时能够得到和信源一一匹配的仰角和方位角估计。借助于参数矩阵的初始估计，所提算法收敛速度较快，其计算复杂度大大降低。该算法角度估计性能接近于PARAFAC算法，同时优于借助旋转不变性进行信号参数估计（Estimation of signal parameters via rotational invariance technique， ESPRIT）算法和传播算子（Propagator method， PM）算法。

摘要:冲压空气涡轮（Ram air turbine， RAT）作动筒属于飞机应急备份系统的一部分，故障检测数据少；且由于其属于机电液混合的复杂系统，故障原因隐蔽，因此难以确定导致RAT作动筒故障的原因。针对以上问题，提出了基于Modelica仿真的RAT作动筒故障原因分析。首先，根据RAT作动筒的结构和工作原理建立其Modelica模型，并结合试验数据验证模型的准确性，在两种工况载荷下的误差分别为5.3%和6.3%；然后对模型中重要部件的主要参数进行参数扫描，针对RAT作动筒的无法解锁和展开时间不达标两类故障找到共计4个根原因，并且确定了故障发生的临界条件；最后提出了在用户对RAT作动筒进行检查的建议，通过对弹簧弹力、泄漏流量、阻尼孔和配合表面的简单检测就能判断作动筒的健康状况，为RAT系统作动筒的故障分析和健康监测在工程中的应用提供了参考。

摘要:针对使用快速存储记录器（Quick access recorder，QAR）数据进行大型客机空调系统健康评估与异常检测时面临的数据不平衡与先验知识不足的问题，本文提出一种基于改进模糊C均值（Fuzzy C-means，FCM）的大型客机空调系统退化评估算法。该算法计算故障状态与正常状态的距离，并基于大型客机空调系统的物理特性优化了FCM算法的距离函数，引入了左右空调组件的状态差作为评估标准。本算法有效地解决了现行方法存在的过拟合问题，并且对于部件的前期退化有更高的敏感性，能够有效的反映性能退化的中间过程。为航空公司安排航班计划与维修计划，降低运行成本提供了有力的技术支持。

摘要:为了探讨三头部燃烧室点火过程中的火焰传播特性，建立了矩形模型燃烧试验系统，开展了流动与点火过程中火焰传播特性、当量比对周向点火过程影响规律的研究。研究表明：初始火核主要在中心回流区边界形成，其传播过程具有阶段性，先顺流线方向进行传递，待燃烧强度增大到一定值后，火焰才开始向其他区域延伸；在相同压损下，当量比减小会使得燃烧室周向点火时间增加，主要为初始火焰发展阶段时间增加，当量比由0.89减小到0.6时，周向点火时间由33.5 ms增加到42 ms，流动加速系数由1.75增加到3.77，即随当量比减小，湍流褶皱等流动因素对火焰传播的加速效应增大；在初始火焰的发展阶段，气体热膨胀效应对火焰传播加速效应占主导作用。

摘要:纤维多孔介质在绝热材料领域的应用广受关注，真空工艺是提升材料绝热性能最为有效的方法。本文研究了真空条件下介观结构对纤维多孔介质的有效导热系数的影响，改进了已有纤维随机结构生成方法，运用D₃Q₁₉格子Boltzmann方法对其有效导热系数进行求解。改进的生成方法可明显改善纤维分布，穿插率可降低至3.1%。模拟结果与实验及理论数据具有良好的一致性。结果表明，在1~8 μm的区间内，纤维直径越小，纤维多孔介质在真空下的绝热性能越好，对内部真空度的依赖性越低；纤维长度方向与传热方向越不一致，绝热性能越好；在方向角到达90°时，绝热性能最佳。研究工作对真空绝热板纤维芯材的结构设计及优化具有重要意义。