航天推進工程的案例
載人登月航天器推進系統方案選擇分析
摘要:載人登月航天器完成近月制動和著陸下降等空間任務，需要裝載大量推進劑，推進系統方案選擇是航天器總體方案設計優化的重要組成部分。建立了推進系統關鍵組件設計仿真模型，仿真分析了推進系統質量和干重系數隨推進劑裝載量的變化規律，并對比了20 t級載人登月航天器擠壓和泵壓推進系統方案。結果表明:推進系統方案質量與推進劑裝載量有關，推進劑裝載量越大，泵壓推進系統輕量化優勢越大，主要由泵壓系統貯箱質量較輕導致；球形封頭貯箱輕量化可采用增加貯箱封頭直徑的技術途徑，橢球形封頭貯箱輕量化可采用增加貯箱圓柱段長度的技術途徑；對20 t級載人登月航天器算例進行仿真分析表明，從實現系統輕量化角度出發，宜選用泵壓推進系統方案。
關鍵詞:載人月球探測；航天器；推進系統；仿真分析
1 引言
推進系統是航天器的重要組成部分，為航天器軌道機動和姿態控制提供推力和控制力矩。隨著空間探測任務的日益廣泛，推進系統在航天器中的作用以及質量占比越來越大，推進系統方案和性能的優劣顯著影響航天器設計水平和任務效益[1-3]。航天器通常選用空間應用成熟度高的液體推進系統，液體推進系統按照推進劑輸送方式主要分為擠壓推進系統和泵壓推進系統，擠壓推進系統方案因其系統簡單可靠的突出特點在航天器中應用最廣泛[4-8]。
在載人月球探測任務中，航天器為運送航天員和載荷逃逸出地球完成月球探測和返回，需要裝載大量推進劑為探測任務提供需要的速度增量。推進系統方案選擇需要考慮技術基礎、系統性能、輕量化、可靠性和安全性等因素[9-14]。本文從推進系統輕量化角度出發，建立推進系統關鍵組件設計仿真模型，研究分析航天器擠壓和泵壓推進系統質量變化規律、關鍵影響因素及其應用優勢，為載人月球探測航天器推進系統方案選擇提供支撐。
展開 航空航天業或將迎來電推進變革
二、創業公司成為航空電推進領域的主力
●羅蘭貝格公司對全球電推進飛機項目（截至2018年5月）的統計結果，包括使用模式（城市空中出租車、通用航空運輸、支線運輸、商用運輸），項目來源地區（歐洲、北美和其他。其中，俄羅斯企業統計在“其他”類別中），飛機動力源（電池、混合和太陽能），推進類型（螺旋槳、涵道風扇、螺旋槳+涵道風扇、推進器+風扇），投資方（創業企業&獨立投資人，航空航天巨頭（包括空客、塞斯納、巴西航空工業公司、波音），其他現有航空航天企業，大學/政府，大型非航空航天企業（包括卡拉什尼科夫康采恩集團、西門子和健將（workhorse））。
從100個項目投資方來看，約有60%的項目是由創業公司和獨立人士投資，現有航空航天公司占了30%（其中航空航天巨頭占一半），其他10%左右的是由學術和政府機構，如NASA，以及包括西門子和卡拉什尼科夫康采恩在內的大型非航空航天公司。這些數據突顯出來自傳統航空航天和國防領域外的興趣與航空航天業內相比是更強的。而在2017年年底，羅蘭貝格公司第一次報道了電推進領域的研究成果（當時統計了不到70個項目）。當時的數據顯示，航空航天巨頭企業占18%，而其他現有航空航天企業占31%，創業公司和獨立投資人占46%，非航空航天大型企業占5%。兩組數據對比足以看出創業企業對電推進領域興趣的快速增長。
展開 Ansys宣布與AWS開展戰略合作推進云端工程仿真
借助AWS的規模、靈活、彈性和全球覆蓋等特點，客戶可在云端管理并推進他們整體的CAE、EDA和計算機輔助設計（CAD）等產品開發流程。
AWS提供豐富的框架，其中包含各種可與Ansys集成的產品，如計算、存儲、物聯網（IoT）、數字孿生、分析計算和機器學習等應用。
“Ansys正與AWS合作發展云端高性能計算（HPC），推進電子設計自動化（EDA）、計算機輔助工程（CAE）和仿真解決方案的發展”
基于AWS的Ansys Gateway，客戶能夠訪問Ansys應用程序，有助于實現更快速、靈活并極富擴展能力的工程仿真。除了能夠使得產品更快地投放市場外，客戶還可以通過僅在使用云資源時為其付費來降低成本。基于AWS的Ansys Gateway將在AWS Marketplace發布，屆時客戶可訪問其既有的Ansys軟件應用，通過簡便易用的界面，無需高深的專業技能即可創建定制，并實現將Ansys軟件與第三方應用的互聯。
AWS工程副總裁Bill Vass表示：“這是一次Ansys與AWS雙方實力互補，幫助客戶加快創新步伐的良機。雙方合作將為客戶提供安全、可靠和敏捷的云環境，能夠更輕松地訪問Ansys綜合全面的工程仿真產品組合。這將為客戶打破全球業務拓展的壁壘，便于用戶進行更大量的仿真分析，并在設計流程中盡早介入仿真。”
短短幾分鐘就能在全球所有目標平臺上完成部署，云計算可為用戶提供意義極為深遠的優勢。此外，客戶還能實現對所有自身項目數據的完全把控，確保數據安全。
Ansys產品高級副總裁Shane Emswiler指出：“云計算突破了硬件限制與計算機部署的約束，可加快仿真速度，擴大仿真應用面，簡化了所有的進程和工作流程。
展開 可控核聚變工程化推進，特種電源如何支撐聚變裝置穩定運行
深耕聚變電源領域，具備完整工程驗證經驗的國產電源供應商，將在產業鏈中承擔越來越重要的角色。其中，武漢森木磊石作為
國內聚變電源解決方案最齊全、應用案例最多的企業，憑借覆蓋PSM電源模塊、陽極高壓電源、輔助放電電源等全品類的完整解決方案，依托在 HL?2M 這一國內核心托卡馬克裝置配套中積累的豐富技術與項目經驗，持續優化產品性能、完善解決方案，不僅為當前聚變實驗裝置提供穩定可靠的電力支撐，更將助力國產聚變電源技術的迭代升級，推動我國磁約束核聚變工程化進程穩步向前，為實現聚變能源自主可控奠定堅實基礎。
ANSYS聯合Autodesk推進無縫工程設計流程互操作性，加速產品創新進程
雙方通過合作打破工程設計壁壘，大幅提升設計效率
近日，Autodesk與 ANSYS宣布將進一步深化雙方此前的合作關系，使ANSYS和Autodesk旗下產品之間實現無縫連接，加強互操作性，從而幫助客戶實現開創性設計并提高工程靈活性。此次合作，將集成型設計和制造軟件Autodesk? Fusion 360?與行業領先的ANSYS? Mechanical?仿真解決方案相結合，這將大幅加速產品的上市進程。
雙方深入的合作將推動從設計師到分析師工作流程實現同類極優的互聯性和互操作性，從此打破產品研發流程中存在的壁壘。工程師能充分利用Fusion 360，所得結果會自動在ANSYS Mechanical中進一步執行優化與驗證。這種開放式系統工作流程能大幅改善現有手動操作的效率，整合后能強化新的自動化流程，實現衍生式設計，加速產品上市進程，使多個工程團隊能輕松地開展合作。
當前，來自各行業企業都在與強大的生態系統合作伙伴開展合作，優勢互補以滿足極具挑戰的產品創新需求。本次合作將推動公司制造工藝的巨大變革，消除設計師和分析師之間的障礙，從而簡化產品研發，設計師和分析師都受益于開放式無縫工作流程互操作性，他們采用業界一流的工程設計工具幫助公司提高效率、降低成本、快速推進創新并加速產品生產。
康奈爾大學工程系主任Lance Collins指出：“在康奈爾大學，我們正在教育和培養新一代世界級的工程師，這里的學生有朝一日也將推動產業革命。目前，我們在課堂上同時使用ANSYS和Autodesk的軟件解決方案，這次我很高興看到兩家公司的合作。除了了解這兩款產品之外，我們的學生還將學習如何結合使用這兩款產品，從而獲得更好的設計成果，并最終更快地進行創新。”
展開 2017IBTC橋隧大會——深入推進基礎設施工程信息化
在此背景下，以“深入推進基礎設施工程信息化”為主題的“2017第六屆國際橋梁與隧道技術大會”將于2017年5月25-26日在中國上海隆重召開。本屆大會將在上海市土木工程學會和同濟大學土木工程學院的共同主辦和積極指導下，圍繞十余個在建大型橋隧工程的規劃、建設、運維及管理，以信息化為主線展開深入交流與探討，傳統工程領域與現代信息技術的交流碰撞，前沿設計理念與技術的創新突破，上千位專業聽眾的高度關注，將為業界呈現一場巔峰盛會。
深度剖析在建重大工程項目
中國工程院院士王夢恕、杜彥良、林元培等高屋建瓴為我國橋隧發展指明方向，行業專家與精英如上海市土木工程學會傅德明秘書長，中國公路學會橋梁和結構工程分會趙君黎副秘書長，上海市政工程設計研究總院馬骉總工，港珠澳大橋方明山副總工，同濟大學葛耀君、孫利民教授，西南交通大學何川教授，上海隧道股份朱雁飛總工，中鐵隧道集團公司洪開榮總工，中鐵大橋局同江中俄鐵路大橋項目部項目艾俠總工，中鐵工程裝備王杜娟總工，中鐵十八局集團齊夢學副總經理，中鐵十六局吳煊鵬副總工，上海市城建設計研究總院劉偉杰、周良總工，廣州地鐵總公司竺維彬副總經理，深圳地鐵陳湘生總工，成都地鐵公司于波常務副總經理，香港地鐵（深圳）有限公司張自太副總，吉林省水務集團袁木林部長，引漢濟渭工程呂二超經理，ITA主席Soren Degen Eskesen，新加坡陸路交通管理局董事會主席Mr.Michael Lim等將出席會議交流，為我國橋隧建設共同出謀劃策。
本屆大會高度關注隧道重大項目工程建設，將針對深中通道、沿江通道、大連灣隧道、太湖蘇錫常隧道、江浦路越江隧道、武漢三陽路長江隧道、北橫通道新建工程等進行案例解析。
展開 航空航天系統工程-載荷和結構
機體結構的工程設計是一個涉及多個學科的過程。它的兩項主要活動是:
1.外部載荷分析
2.內部載荷分析外部載荷分析屬于載荷組的范疇，是本節的主題。應力分析小組負責內部載荷和機體結構的詳細規范。
這里介紹以下內容：
產生空氣動力載荷的力和壓力；
慣性載荷的基本知識和影響慣性載荷的參數(慣性載荷是加速質量產生的力，作用方向與加速度矢量相反)；
摘要形式的負載組的工作；荷載組和其他工程組之間的接口。外部載荷是作用在機翼或垂直尾翼等結構表面的空氣動力和慣性力。外部載荷分為兩大類:
空氣載荷:空氣動力，即升力和阻力，由氣流的動壓引起，它們是由于飛機以一定速度在空氣中運動而作用在機翼表面的壓力的結果。
慣性載荷:由重力和由飛機機動和大氣湍流產生的加速度引起的力。
圖1顯示了飛機在飛行中受到空氣動力和慣性力的作用。由于飛機是浸在我們稱之為空氣的流體中的自由體，它必須響應任何合力而運動。線速度和旋轉速度將與施加在重心的凈力和力矩成比例。相反，對于具有穩定姿態和恒定速度的飛機，重心處的凈力和力矩必須為零。力矩是力乘以距離產生的旋轉。
內部載荷是那些作用在飛機結構內的力。慣性力是機身內部載荷的主要來源。內部載荷的分析直接導致機體結構的規格，并有助于飛機認證。
02
負載源
有許多事件和條件促成了外部和內部負荷，它們被列舉如下。
1. 聲學壓力
2. 大氣湍流（陣風）
3. 自動駕駛儀出現故障
4. 碰撞載荷因素
5. 甩尾
6. 發動機葉片脫落和磁盤故障
7.
展開 在航空航天行業使用敏捷工程開發復雜產品
航空航天及國防行業正處于充滿挑戰的時代。對創新的需求以及新技術的涌現帶來了前所未有的顛覆。全球性競爭加劇使形勢更加錯綜復雜。只有努力轉型才能滿足如今市場對以更低成本加速產品創新而不犧牲質量、高性能或高性能產品功能的需求。試想用一個強大的工具幫您在實際制造前對您的設計進行飛行模擬。
敏捷產品開發可加快上市速度
消除創新的絆腳石可幫助降低技術風險、掌控產品開發流程，從而始終保持按計劃和預算實施。但如果您可以在實際制造前對您最為復雜的設計進行飛行模擬，從而在設計的早期階段便確保產品的性能、工藝性、支持能力呢？敏捷工程方法已經在軟件行業證明了其價值。行業變化日新月異，航空航天及國防企業也有機會采用同樣的方法獲得成功。
航空航天設計中使用的新一代工具
現在就憑借敏捷工程獲得成功！借助敏捷開發方法和數字化的強大力量制定可加快產品開發的項目計劃。構建協同式基于模型的設計環境，使電氣、機械和軟件學科相融合，從而促進迭代式創新設計，通過虛擬驗證和制造來“測試”設計。
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展開 FlowVision HPC航天類工程案例研析
氣動特性計算是裝備設計過程中非常重要的一個環節,其精度將直接影響到彈道計算、總體參數驗證、結構強度校核和可靠性分析等后續工作的結果。FlowVision HPC針對某型設計過程中的氣動特性計算,采用SGGR網格技術,減少用戶工作量,極大地提高了設計效率。在此給出了飛行速度Ma=1.74在迎角5°條件下表面壓強系數(Cp)的變化。結果表明計算結果與實驗數據吻合良好,精度滿足設計要求,計算的氣動數據可以為初步設計提供參考和依據。
Mach number分布（Ma=1.74)
壓強系數沿表面的變化趨勢（Ma=1.74)
敏捷工程助推航空航天領域生產率（免費領文檔）
此外，得益于不同工程工具之間、項目管理解決方案、業務數據和整個 BOM 的無縫集成，A&D 行業在應對不斷增長的、要求更高效率的方面，無疑將旗開得勝。
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免費領課 | 通過仿真加快車輛電動化工程：優化能源管理策略以推進電動汽車創新
通過仿真加快車輛電動化工程
主講嘉賓：來自 Lion Electric 公司
考慮到相關系統的復雜性，進行電動動力系統工程設計以實現最大里程和最佳性能是一項艱巨的挑戰。實現電動汽車架構，并滿足指定的里程、功率、駕駛操控性、舒適性和安全性，從而理解各個子系統如何相互作用，這一點至關重要。通過在設計周期的早期階段將電池、電動機、逆變器、發電機與所有其他車輛子系統集成在一起，能夠捕捉整車的能量分布情況，從而在屬性之間取得理想平衡。能夠以虛擬方式探索所有 EV/HEV 配置的性能對于控制上市時間和開發成本至關重要。
此在線研討會將闡述如何通過仿真加快電動汽車最佳熱能管理策略驗證。我們的主講嘉賓布魯諾·皮隆來自 Lion Electric 公司，會介紹他們公司如何使用仿真解決方案縮短設計概念化和性能驗證之間的周期時間，并最終保持他們在電動校車市場中的前沿地位。此在線研討會將探討如何成功部署恰當的方法并運用 Maya HTT 之類合作伙伴的技術經驗來虛擬探索并驗證關鍵組件和子系統及其在集成過程中的性能，從而滿足里程、駕駛操控性和性能要求，同時減少物理實驗并降低成本。
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航天某院基于3DCC的工程實踐
從經驗驅動到設計階段精度驗證
對于航天型號研制而言，周期緊、調整成本高，任何結構方案的反復修改都可能引發多環節聯動影響，對總體進度與研制風險帶來壓力。
3DCC的應用，將以往依賴經驗的公差設計轉化為可建模、可分析的工程過程，使結構裝配可行性與精度指標能夠在設計階段得到驗證，并為關鍵公差項的識別與調整提供依據。
在此基礎上，結構精度由經驗驅動轉向基于模型的分析與校核，誤差傳遞路徑更加清晰，設計調整更具針對性。對于復雜衛星系統而言，這種以模型為基礎的分析方式，有助于減少反復迭代帶來的不確定性，提升整體設計的可控性與穩定性。
中國航天科工飛云工程取得階段性成果
近日，中國航天科工飛云工程順利完成了多架次自主飛行驗證，取得階段性成果。
飛云工程是由中國航天科工三院提出的基于臨近空間太陽能無人機來構建空中局域網，可實現超過一周時間的應急通信保障。
飛云工程示意圖
臨近空間太陽能無人機是以太陽能為動力來源，在飛行過程中自主從外界獲取能量，可在臨近空間連續飛行數天甚至數月的新型平臺，具有飛行高度高、續航時間超長（理論上可實現“無限”續航）、使用維護簡便和效費比高等特點，一定意義上具有“準衛星”特征，是當前國際研究的熱點。
三院研制的太陽能無人機采用中等翼展常規布局形式，在實現高升阻比氣動性能的同時降低了無人機飛行控制難度，提高了使用維護性能。其采用超輕高強復合材料機體結構，降低了結構重量占比，提升了無人機的抗風能力及環境適應性。它采用的高效能源動力系統及多余度高可靠機載設備，大大提升了無人機長航時飛行的任務可靠性。通過各分系統的匹配協調設計，太陽能無人機憑借其飛行高度高、續航時間長的突出優勢，可廣泛應用于應急通信保障、遙感測繪、氣象探測等諸多領域，具有廣闊的應用前景。
飛云工程示意圖
飛云工程利用太陽能無人機搭載空基局域網設備，可提供遠大于地面基站的網絡覆蓋范圍以及不受區域限制的“伴隨式”網絡接入服務，實現區域內用戶信息互聯互通，并為用戶的IP數據、語音、視頻等業務提供接口和傳輸鏈路。可為偏遠山區、小型島礁等難以架設基站的地區提供有效的通信網絡覆蓋解決方案，同時能夠在自然災害發生地區通信設施受損條件下，快速恢復災區通信能力。此外，不同覆蓋區域的無人機通過中繼鏈路形成機間信息交互，可實現更廣范圍網絡及通信覆蓋。
展開 中國工程院院士孫逢春： 先行試點建立新能源汽車碳交易技術體系 全面推進節能減排
中國工程院院士、北京理工大學教授孫逢春
圖片來源：中國電動汽車百人會
中國工程院院士、北京理工大學教授孫逢春出席并發表了題為“新能源汽車可持續發展與碳交易研究”的演講。
孫逢春認為，碳交易市場是通過市場化的機制促使企業自發進行減排，低成本與高質量的完成排放目標，因此應用碳交易市場機制控制行業減排是大勢所趨。
他表示，為確保碳排放配額的稀缺性，符合行業特點的配額管理方法十分關鍵，其核心技術是行業數據統計與移動源排放監測技術，車聯網和大數據技術使得新能源汽車運行納入碳交易體系成為可能。以新能源汽車碳交易為利，首先要收集車輛在生產、使用、報廢回收三個階段的數據，使估算全生命周期總能耗與碳排放量。
此外，他指出，新能源汽車從實施產品補貼過渡到碳交易與碳獎勵，是支持和促進新能源汽車國家戰略新興產業健康和快速發展的必要政策。
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展開 江蘇中璟航天工程一期“改版”
然而，2020年10月，一位自稱是某廠房基礎建設公司員工的網友在人民網的領導留言板中發文表示，公司與江蘇中璟航天半導體實業發展有限公司自2018年4月簽訂EPC工程總承包合同后便開始施工，但由于后者資金不到位，至今仍未付清合同約定的工程款。
