柔性航天器結構展開的案例
仿真案例｜使用多體動力學軟件仿真柔性可卷太陽能電池陣列的展開過程
Blandino
翻譯：上海安世亞太
前言
在未來，執(zhí)行外行星任務將耗費巨大電能，而這些電能將由300千瓦級的大型柔性可卷太陽能電池陣列提供。在物理測試極度受限的外太空條件下，大型可展太陽能電池陣列的卷曲、展開相關性能的非線性動力學分析與仿真，對于輔助這些陣列的研發(fā)具有極其重要的意義。多體動力學軟件（RECURDYN軟件）為柔性航天器結構展開過程仿真提供了一個理想的研發(fā)平臺。
模型綜述
一個典型的狹縫可卷支撐管如下圖1所示。這些支撐管由金屬或復合材料制成。對于航天器應用，發(fā)射前的卷繞結構中，支撐管材料被卷在一個圓柱軸上。展開過程中，材料展開，應變能促使形成管狀結構。圖1顯示了用于航天器應用的狹縫可卷支撐管。當狹縫管展開時，應變能使支撐管變成管狀結構。圖片由ROCCOR公司提供。
圖1 支撐管材料在展開過程中形成的順序圖
為了仿真狹縫支撐管的展開過程，必須執(zhí)行的功能是：
1）狹縫管圍繞位于太陽能電池陣列支撐管末端的芯軸成型
2）狹縫管卷在芯軸上以仿真卷繞過程
3）狹縫管必須展開成合適的形狀
圖2：在芯軸上卷繞狹縫管的順序
一旦支撐管在芯軸上成型，就開始進行卷繞仿真，支撐管圍繞芯軸平穩(wěn)卷起，直到形成卷繞裝配結構。約束和施加的載荷用于控制卷繞運動，并保持支撐管上所需的張力。該過程中，仿真準確地模擬了狹縫管卷繞支撐管的整個過程，結果包括壓扁狹縫管引起的預應力，它將為太陽能電池陣列結果展開仿真提供初始配置和條件。在展開仿真過程中，正確定義阻尼機制所提供的約束力對于正確控制展開是非常重要的。
展開 基于HyperWorks的航天器整流罩結構分析與優(yōu)化
建立了某航天器整流罩有限元計算模型，分析了殼體結構強度和穩(wěn)定性；采用OptiStruct優(yōu)化技術對整流罩殼體進行尺寸優(yōu)化，給出了最優(yōu)結構尺寸，縮短了結構設計的時間，優(yōu)化后的整流罩結構滿足整體強度、剛度和穩(wěn)定性要求。
程昌_基于HyperWorks的航天器整流罩結構分析與優(yōu)化.pdf
仿真案例｜使用多體動力學軟件仿真柔性可卷太陽能電池陣列的展開過程
上海安世亞太公司
在未來，執(zhí)行外行星任務將耗費巨大電能，而這些電能將由300千瓦級的大型柔性可卷太陽能電池陣列提供。在物理測試極度受限的外太空條件下，大型可展太陽能電池陣列的卷曲、展開相關性能的非線性動力學分析與仿真，對于輔助這些陣列的研發(fā)具有極其重要的意義。多體動力學軟件（RECURDYN軟件）為柔性航天器結構展開過程仿真提供了一個理想的研發(fā)平臺。
Brant Ross1 & Nelson Woo.2
MotionPort, LLC, St. George, UT 84790
Joseph R. Blandino3
Virginia Military Institute, Lexington, VA 24450
模型綜述
一個典型的狹縫可卷支撐管如下圖1所示。這些支撐管由金屬或復合材料制成。對于航天器應用，發(fā)射前的卷繞結構中，支撐管材料被卷在一個圓柱軸上。展開過程中，材料展開，應變能促使形成管狀結構。圖1顯示了支撐管材料在展開過程中形成的順序圖。
圖1：
用于航天器應用的狹縫可卷支撐管。
當狹縫管展開時，應變能使支撐管變成管狀結構。
圖片由ROCCO
R公司提供。
展開 西南交大楊維清Nano Energy：一種基于獨特豇豆結構CPZNs的柔性自供電壓電傳感器
在iHMI中，柔性壓力傳感器和彎曲角度傳感器被認為是機器人和手勢識別等應用中最重要的部件。當這些傳感器集成到iHMI中，模擬人類皮膚的綜合特性時，它們需要被一致地覆蓋在人體上，甚至需要集成類皮膚電池或自供能電源。然而，傳統(tǒng)的基于壓電PZT和AlN的壓力傳感器由于制造溫度高、固有的脆性難以實現(xiàn)彎曲測量，與柔性襯底不兼容。聚合物基壓電傳感器，如聚偏氟乙烯(PVDF)具有良好的靈活性，但它們壓電性能差所制得的器件靈敏度低。目前關于彎曲檢測的報道多為定性測量，僅判斷是否存在彎曲，但對彎曲角度的定量檢測較少。因此，在iHMI中實現(xiàn)具有自驅動能力的彎曲角度的定量測量仍然是一個很大的挑戰(zhàn)。
【成果簡介】
近日，西南交通大學楊維清教授團隊的青年教師鄧維禮和研究生楊濤，利用靜電紡絲技術構建了一種基于獨特豇豆結構CPZNs的柔性自供電壓電傳感器(PES)，定量測量了其彎曲角度，并成功演示了PES在iHMI手勢遠程控制中的應用。由于混合PVDF/ZnO的協(xié)同壓電效應和聚合物的柔韌性，該PES表現(xiàn)出優(yōu)異的彎曲靈敏度（4.4mV deg-1），角度范圍從44°到122°，快速響應時間為76ms，并且具有良好的機械穩(wěn)定性。此外，PES可在彎曲和按壓模式下工作，顯示0.33 V kPa-1的超高壓力靈敏度，響應時間為16 ms。當集成在iHMI中時，PES可以在不同的曲面上適應性地覆蓋，展示精確的彎曲角度記錄和快速識別，以實現(xiàn)智能化人機交互。在此基礎上，通過與人手同步動作的方式成功實現(xiàn)了機器人手的遠程控制應用。這種基于CPZNs的自供電PES在結構和基本機制上是獨特的，并且在iHMI中具有巨大的潛在應用。
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航空航天領域的飛行器氣動設計、結構強度與疲勞、燃燒與傳熱、電磁散射（隱身）、軌道動力學 算法特點，及圖形工作站硬件配置推薦
飛行器氣動設計、結構強度與疲勞、燃燒與傳熱、電磁散射（隱身）、軌道動力學直接觸及了航空航天領域仿真的技術核心。作為UltraLAB圖形工作站的廠商，精準把握這些算法的計算特性，是為客戶提供最優(yōu)硬件解決方案的關鍵。
我將為您逐一解析這五大航空航天仿真領域。
核心結論速覽表
仿真領域核心算法/方法計算特點主要計算平臺備注飛行器氣動設計
計算流體力學 (CFD)
求解大型稀疏矩陣、高內存帶寬、網格規(guī)模巨大
CPU多核 ≈ GPU
GPU加速已成主流，尤其在RANS和LES中。CPU用于復雜前處理。
結構強度與疲勞
隱式有限元法
求解大型線性方程組、對內存和CPU頻率敏感
CPU多核為主，CPU單核為輔
CPU是絕對主力，GPU加速正在興起，但成熟度不如CFD。
燃燒與傳熱
CFD + 化學反應動力學
計算密度極高、多物理場強耦合、極大規(guī)模
CPU多核集群 >> GPU
傳統(tǒng)上依賴CPU集群，GPU加速是前沿方向，潛力巨大。
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