專(zhuān)欄導(dǎo)讀

機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)與作動(dòng)等功能化的重要機(jī)械產(chǎn)品。面向我國(guó)運(yùn)載火箭載人登月、重復(fù)使用、商業(yè)發(fā)射與重型運(yùn)載等發(fā)展需求，機(jī)構(gòu)已成為重要的支撐技術(shù)。運(yùn)載火箭機(jī)構(gòu)技術(shù)愈發(fā)成為機(jī)械工程領(lǐng)域至關(guān)重要的研究主題。為推廣運(yùn)載火箭機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)力學(xué)分析、性能評(píng)估研究新成果。

為此，《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》編輯部與客座編輯團(tuán)隊(duì)聯(lián)合策劃出版“運(yùn)載火箭機(jī)構(gòu)技術(shù)”專(zhuān)欄。介紹我國(guó)運(yùn)載火箭機(jī)構(gòu)技術(shù)最新研究進(jìn)展、總結(jié)學(xué)科發(fā)展脈絡(luò)及面臨的挑戰(zhàn)，以期促進(jìn)運(yùn)載火箭機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展，推動(dòng)機(jī)構(gòu)學(xué)領(lǐng)域科技發(fā)展，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)技術(shù)對(duì)我國(guó)航天發(fā)射發(fā)展的進(jìn)一步推動(dòng)。專(zhuān)欄共收錄論文18篇，本次推送后9篇，已于《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》2026年1期正式出版。

客座專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)

高海波，哈爾濱工業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)助理、科學(xué)與工業(yè)技術(shù)研究院院長(zhǎng)，機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任，國(guó)家高層次人才，長(zhǎng)期從事星球車(chē)移動(dòng)技術(shù)、足式移動(dòng)機(jī)器人技術(shù)、宇航空間機(jī)構(gòu)微低重力模擬技術(shù)研究，近年來(lái)主持國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、自然基金重點(diǎn)項(xiàng)目、973課題、863計(jì)劃、國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)課題、科技部國(guó)際合作等科研項(xiàng)目。出版專(zhuān)著3部，發(fā)表論文110余篇，授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利50余項(xiàng)，獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)2項(xiàng)、省部級(jí)一等獎(jiǎng)7項(xiàng)。中國(guó)專(zhuān)利銀獎(jiǎng)1項(xiàng)。

石玉紅，北京宇航系統(tǒng)工程研究所專(zhuān)業(yè)技術(shù)管理委員會(huì)結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)技術(shù)分委會(huì)主任。全國(guó)緊固件標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員，通用零部件軍用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員。長(zhǎng)期從事運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)研制，先后突破了載人運(yùn)載火箭逃逸飛行器結(jié)構(gòu)、大型馮卡門(mén)整流罩為代表的一系列重大關(guān)鍵技術(shù)。主持國(guó)家重大基礎(chǔ)研究專(zhuān)項(xiàng)、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃及863計(jì)劃等項(xiàng)目。獲得國(guó)防科學(xué)技術(shù)等省部級(jí)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)一項(xiàng)，二等獎(jiǎng)三項(xiàng)，三等獎(jiǎng)四項(xiàng)。發(fā)表論文20篇，發(fā)明專(zhuān)利、國(guó)防專(zhuān)利17項(xiàng)。獲得第67屆德國(guó)紐倫堡國(guó)際發(fā)明金獎(jiǎng)。榮獲全國(guó)“巾幗文明崗”、全國(guó)“三八紅旗手”等榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。

張宏劍，北京宇航系統(tǒng)工程研究所機(jī)構(gòu)專(zhuān)業(yè)副首席，負(fù)責(zé)完成我國(guó)運(yùn)載火箭柵格舵機(jī)構(gòu)、著陸緩沖機(jī)構(gòu)等產(chǎn)品研發(fā)。中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，空間機(jī)構(gòu)分委會(huì)委員。擔(dān)任《宇航學(xué)報(bào)》、《機(jī)械工程學(xué)報(bào)》、《動(dòng)力學(xué)與控制學(xué)報(bào)》等期刊青年編委。入選中國(guó)科協(xié)青年人才托舉工程、中國(guó)科協(xié)中外優(yōu)秀青年交流計(jì)劃。主持參與國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科協(xié)學(xué)科發(fā)展等項(xiàng)目。發(fā)表論文30余篇，授權(quán)申請(qǐng)專(zhuān)利30余項(xiàng)。

于海濤，哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院研究員。中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員、美國(guó)電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）高級(jí)會(huì)員，長(zhǎng)期從事宇航空間機(jī)構(gòu)、特種機(jī)器人技術(shù)研究，主持承擔(dān)國(guó)家自然科學(xué)基金、科技部智能機(jī)器人重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、深空探測(cè)重大專(zhuān)項(xiàng)等課題30余項(xiàng)，獲得黑龍江省科學(xué)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)2項(xiàng)。相關(guān)學(xué)術(shù)成果刊登在國(guó)際權(quán)威期刊Engineering、IEEE Trans. Robot. (T-RO)、IEEE Trans. Ind. Electron. (TIE)及頂級(jí)國(guó)際會(huì)議ICRA、IROS、CDC、ACC等，共發(fā)表學(xué)術(shù)論文50余篇，獲得國(guó)家授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利36項(xiàng)，出版學(xué)術(shù)專(zhuān)著1部。

01

可復(fù)用火箭著陸支腿展開(kāi)及著陸瞬態(tài)沖擊響應(yīng)分析

引用格式:楊少斐, 王棟梁, 李建強(qiáng), 張明, 魯送兵. 可復(fù)用火箭著陸支腿展開(kāi)及著陸瞬態(tài)沖擊響應(yīng)分析[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2026, 62(1): 159-170.

論文摘要：

針對(duì)可重復(fù)使用運(yùn)載火箭高重心、大長(zhǎng)細(xì)比著陸支腿的瞬態(tài)沖擊響應(yīng)與展開(kāi)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，通過(guò)有限元方法構(gòu)建了包含油氣緩沖器非線性特性的火箭瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)模型，并開(kāi)展四腿對(duì)稱(chēng)著陸與單腿極限著陸工況的仿真及落震沖擊試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明：相較于剛?cè)狁詈戏?，有限元模型在緩沖行程、主支柱載荷和箭體過(guò)載等關(guān)鍵參數(shù)預(yù)測(cè)中展現(xiàn)出更高精度，尤其在0.89～1.88 m/s著陸速度范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)響應(yīng)吻合度更優(yōu)。單腿極限工況揭示輔助梁呈現(xiàn)拉-壓交替受力特征，輔助梁與足墊連接處彎矩達(dá)峰值，通過(guò)減小足墊與輔助梁軸線偏心距或采用球鉸連接可使該彎矩降低。地面摩擦系數(shù)敏感性分析表明動(dòng)摩擦系數(shù)主導(dǎo)著陸穩(wěn)定性，適中的動(dòng)摩擦系數(shù)可使箭體垂向過(guò)載與緩沖器載荷實(shí)現(xiàn)最優(yōu)平衡。展開(kāi)動(dòng)力學(xué)研究表明，套筒鎖定沖擊載荷主要由鎖套端面碰撞產(chǎn)生，采用接觸副等效簡(jiǎn)化方法可在較小誤差范圍內(nèi)使計(jì)算效率提升；當(dāng)箭體初始傾斜角小于支腿展開(kāi)死角的一半時(shí)，四腿展開(kāi)時(shí)間偏差較小滿足工程需求。研究成果為可復(fù)用火箭著陸機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了支撐和指導(dǎo)。

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02

運(yùn)載火箭伺服機(jī)構(gòu)滑閥副微織構(gòu)多因素耦合潤(rùn)滑

引用格式:黃玉平, 劉傲, 崔佩娟, 侯占林, 郭春海, 張文武. 運(yùn)載火箭伺服機(jī)構(gòu)滑閥副微織構(gòu)多因素耦合潤(rùn)滑[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2026, 62(1): 171-181.

論文摘要：

在運(yùn)載火箭伺服機(jī)構(gòu)中，滑閥是一種流體控制單元，其運(yùn)動(dòng)界面摩擦潤(rùn)滑特性對(duì)傳動(dòng)性能有重要影響，最終會(huì)影響運(yùn)載火箭的飛行控制性能。針對(duì)滑閥副的潤(rùn)滑磨損問(wèn)題，提出基于微織構(gòu)改性的潤(rùn)滑方案。在圓柱形閥芯表面通過(guò)飛秒激光加工制備深度約10 μm，粗糙度Ra為1.66～2.33 μm的菱形微織構(gòu)，開(kāi)展摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。結(jié)果表明：當(dāng)試驗(yàn)溫度T=40 ℃、負(fù)載F=40 N、速度U=0.5 m/s時(shí)，參數(shù)組合對(duì)角線比k=3、對(duì)角線與間距比x=2的菱形織構(gòu)摩擦系數(shù)最低為f=0.099 65，較于無(wú)織構(gòu)表面在同等試驗(yàn)參數(shù)下的平均摩擦系數(shù)f=0.165 02降低39.61%；實(shí)驗(yàn)結(jié)果還發(fā)現(xiàn)速度提升可顯著降低摩擦系數(shù)，k=3的織構(gòu)在寬速域表現(xiàn)出最優(yōu)潤(rùn)滑穩(wěn)定性；負(fù)載過(guò)高或過(guò)低均導(dǎo)致油膜不完整或破裂，從而影響表面承載力。另外，采用響應(yīng)曲面法Box-Behnken設(shè)計(jì)揭示了負(fù)載F、對(duì)角線比k、對(duì)角線與間距比x的耦合影響機(jī)制，最終優(yōu)化參數(shù)組合為F=40.76 N、k=3.07、x=2.03，預(yù)測(cè)摩擦系數(shù)相較無(wú)織構(gòu)表面減阻率達(dá)39.84%，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。最后，通過(guò)磨損分析表明，織構(gòu)利用儲(chǔ)油、磨屑容納及動(dòng)壓效應(yīng)抑制磨粒磨損，提升滑閥副壽命。

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03

新型火箭掛索回收非對(duì)稱(chēng)可變節(jié)流雙級(jí)液壓伸縮阻尼桿

引用格式:位仁磊, 馬紅鵬, 吳帥, 陳泰麒, 焦宗夏. 新型火箭掛索回收非對(duì)稱(chēng)可變節(jié)流雙級(jí)液壓伸縮阻尼桿[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2026, 62(1): 182-194.

論文摘要：

傳統(tǒng)的腿式火箭回收采用垂直著陸方式，在火箭著陸時(shí)，火箭需要保持接近豎直姿態(tài)且著陸速度和角速度接近于零，否則可能著陸失敗。相較之下，索式火箭回收采用上端懸掛回收，承受的過(guò)載更小，容許側(cè)向速度和姿態(tài)控制偏差范圍更大，回收穩(wěn)定性更好。其中，為了確保掛索過(guò)程的穩(wěn)定，掛索裝置的攔阻桿需要在即將著陸時(shí)快速向下展開(kāi)。在掛索后，掛索裝置能提供較大阻尼，減緩沖擊。針對(duì)這種需求，提出一種新型的非對(duì)稱(chēng)變阻尼閥結(jié)構(gòu)的雙級(jí)液壓伸縮阻尼桿。該阻尼桿通過(guò)非對(duì)稱(chēng)變阻尼閥，在展開(kāi)階段提供小阻尼，實(shí)現(xiàn)掛索機(jī)構(gòu)快速展開(kāi)；在縮回階段提供大阻尼，實(shí)現(xiàn)阻尼緩沖功能并保證掛索鉤可靠掛索不脫鉤。對(duì)提出的非對(duì)稱(chēng)可變節(jié)流雙級(jí)液壓伸縮阻尼桿建模，仿真分析其非對(duì)稱(chēng)阻尼特性與縮回壓力沖擊特性。經(jīng)仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性。最后針對(duì)火箭著陸掛索工況，進(jìn)行集成仿真驗(yàn)證。通過(guò)集成驗(yàn)證模型，分析不同阻尼參數(shù)對(duì)掛索過(guò)程的影響。結(jié)果表明，提出的非對(duì)稱(chēng)可變節(jié)流雙級(jí)液壓伸縮阻尼桿具有良好的非對(duì)稱(chēng)變阻尼特性，可以保證可靠掛索。研究成果為索式火箭回收系統(tǒng)中阻尼桿的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。

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04

航天構(gòu)件加工移動(dòng)式混聯(lián)機(jī)器人顫振穩(wěn)定域分析與銑削驗(yàn)證

引用格式: 劉爭(zhēng), 張澤, 張嘉駿, 謝福貴, 劉辛軍. 航天構(gòu)件加工移動(dòng)式混聯(lián)機(jī)器人顫振穩(wěn)定域分析與銑削驗(yàn)證[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2026, 62(1): 195-203.

論文摘要：

航天典型鋁合金結(jié)構(gòu)件具有整體尺寸大、局部特征小的特點(diǎn)，對(duì)設(shè)備的大行程和高動(dòng)態(tài)加工能力提出了挑戰(zhàn)。通過(guò)“極限尋優(yōu)法”，針對(duì)一種具有全向大范圍移動(dòng)能力、末端高動(dòng)態(tài)性能的柱坐標(biāo)移動(dòng)式混聯(lián)機(jī)器人，進(jìn)行了切削顫振穩(wěn)定葉瓣圖分析、試驗(yàn)測(cè)定與銑削驗(yàn)證。首先，開(kāi)展了顫振穩(wěn)定域分析，確定了該移動(dòng)式混聯(lián)機(jī)器人在全行程范圍內(nèi)的切削能力最弱位姿；隨后通過(guò)多向切削試驗(yàn)，驗(yàn)證了該測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性；再根據(jù)航天典型結(jié)構(gòu)件特征尺寸選定了試驗(yàn)刀具，并測(cè)定了該刀具在切削能力最弱位姿的極限切削能力；然后以此為依據(jù)設(shè)計(jì)航天結(jié)構(gòu)件典型特征切削路徑，并完成了銑削驗(yàn)證；最后以1:1產(chǎn)品樣件進(jìn)行了綜合切削試驗(yàn)，驗(yàn)證了移動(dòng)式混聯(lián)機(jī)器人在航天典型鋁合金結(jié)構(gòu)件銑削加工中的應(yīng)用可行性與技術(shù)先進(jìn)性。

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05

電驅(qū)冗余點(diǎn)式分離機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

引用格式:李龍, 周天送, 呂勝男, 于兵. 電驅(qū)冗余點(diǎn)式分離機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2026, 62(1): 204-215.

論文摘要：

提出了一種非火工冗余鎖緊釋放機(jī)構(gòu)，并基于該機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種集成鎖緊功能的小型電驅(qū)點(diǎn)式分離裝置。首先，系統(tǒng)闡述了冗余分離裝置的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括關(guān)鍵部件的布置方案及設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算方法。隨后，建立了鎖緊釋放機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型，并開(kāi)展系統(tǒng)性仿真分析，重點(diǎn)探討扭簧剛度、電磁鐵響應(yīng)特性與扳機(jī)解鎖時(shí)間之間的相互作用。研究結(jié)果為鎖緊釋放機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論支持，同時(shí)為電磁鐵型號(hào)選擇、電壓參數(shù)設(shè)定、扭簧匹配及材料選用等工程決策提供了可靠指導(dǎo)。此外，對(duì)所設(shè)計(jì)的分離裝置進(jìn)行了多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，包括整機(jī)分離試驗(yàn)、承載能力測(cè)試及可靠性試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置具有優(yōu)良的分離性能和較高的可靠性，能夠在復(fù)雜工況下穩(wěn)定運(yùn)行，滿足非火工分離技術(shù)的應(yīng)用要求。其非火工特性和機(jī)構(gòu)冗余解鎖能力不僅提升了操作安全性，還使其在航天、機(jī)械自動(dòng)化及應(yīng)急設(shè)備等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

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06

掛索機(jī)構(gòu)幾何形狀對(duì)火箭網(wǎng)系回收動(dòng)力學(xué)的影響

引用格式:張歡, 闞鐳, 周立梁, 陳彤, 宋曉東. 掛索機(jī)構(gòu)幾何形狀對(duì)火箭網(wǎng)系回收動(dòng)力學(xué)的影響[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2026, 62(1): 216-228.

論文摘要：

提出了一種基于二維符號(hào)距離場(chǎng)(Signed distance filed, SDF)的柔性繩索與軸向拉伸剛體精準(zhǔn)高效接觸檢測(cè)方法，用于火箭網(wǎng)系回收系統(tǒng)中掛索機(jī)構(gòu)與攔阻索的摩擦接觸動(dòng)力學(xué)計(jì)算，分析掛索機(jī)構(gòu)幾何形狀對(duì)回收動(dòng)力學(xué)的影響。利用軸向拉伸型物體的幾何特點(diǎn)，將柔性繩索與具有復(fù)雜幾何形狀的軸向拉伸剛體之間的接觸檢測(cè)問(wèn)題轉(zhuǎn)換為二維問(wèn)題。由SDF精準(zhǔn)表征截面形狀，通過(guò)離線生成高精度SDF和法線場(chǎng)，在線雙三次插值接觸參數(shù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)高效摩擦接觸動(dòng)力學(xué)計(jì)算，所提接觸檢測(cè)方法通過(guò)圓柱與繩索的接觸動(dòng)力學(xué)仿真和試驗(yàn)驗(yàn)證了準(zhǔn)確性。針對(duì)捕獲火箭的攔阻索入鉤過(guò)程，建立了掛索機(jī)構(gòu)與攔阻索系統(tǒng)多體動(dòng)力學(xué)模型并針對(duì)不同的掛索機(jī)構(gòu)幾何形狀進(jìn)行了仿真計(jì)算，結(jié)果表明掛索機(jī)構(gòu)截面幾何形狀直接影響掛索機(jī)構(gòu)與攔阻索局部摩擦接觸細(xì)節(jié)，特別在觸網(wǎng)時(shí)刻，大圓角截面形狀能有效降低觸網(wǎng)沖擊作用。

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07

直線加載的電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與控制

引用格式: 龐元龍, 李傳揚(yáng), 胡昌華, 張澤明, 冷明哲, 王兆強(qiáng). 直線加載的電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)與控制[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2026, 62(1): 229-240.

論文摘要：

電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)作為固體火箭導(dǎo)航控制系統(tǒng)中的核心單機(jī)，其性能表現(xiàn)對(duì)航天裝備的飛行安全起著決定性作用。為實(shí)現(xiàn)航天設(shè)備導(dǎo)航控制系統(tǒng)電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)加載試驗(yàn)，提出了一種直線加載的電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案，通過(guò)額外伺服機(jī)構(gòu)對(duì)沖的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)可變的模擬負(fù)載代替實(shí)物負(fù)載，完成多種工況和非線性載荷模擬。該試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方案存在一定挑戰(zhàn)，被測(cè)電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)與加載伺服對(duì)沖中容易相互破壞，既要實(shí)現(xiàn)正常功能，又要達(dá)到預(yù)期模擬負(fù)載，試驗(yàn)臺(tái)驅(qū)動(dòng)控制極為重要，因此提出了一種驅(qū)動(dòng)控制方法，通過(guò)對(duì)伺服電機(jī)耦合比的調(diào)控，可實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)期工況的高精度模擬。基于上述方案設(shè)計(jì)了試驗(yàn)臺(tái)直線加載的機(jī)械結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)。通過(guò)加裝溫度、振動(dòng)等傳感器并通過(guò)雙電機(jī)同步控制可實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)多種負(fù)載模擬情況下的性能表現(xiàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：試驗(yàn)臺(tái)能夠通過(guò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集反饋電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并可通過(guò)控制加載伺服系統(tǒng)模擬電動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)航天設(shè)備在飛行過(guò)程中非線性負(fù)載情況，極大地降低了試驗(yàn)成本，助力航天設(shè)備安全飛行。

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08

柔性懸吊-倒立擺復(fù)合的多維準(zhǔn)零剛度隔振方法與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

引用格式:楊簫, 吳九林, 姜偉, 陳學(xué)東. 柔性懸吊-倒立擺復(fù)合的多維準(zhǔn)零剛度隔振方法與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2026, 62(1): 241-249.

論文摘要：

面向航天運(yùn)載器等飛行器所搭載精密裝備的多維超低頻隔振需求，將柔性懸吊與負(fù)載質(zhì)心下方相應(yīng)位置固連，利用柔性懸吊的單擺效應(yīng)與負(fù)載質(zhì)心上移的倒立擺效應(yīng)實(shí)現(xiàn)水平準(zhǔn)零剛度，提出一種柔性懸吊-倒立擺復(fù)合的多維準(zhǔn)零剛度隔振方法。建立了柔性懸吊-倒立擺復(fù)合隔振系統(tǒng)的振動(dòng)方程，分析了其多維隔振特性。研究了懸吊剛度、負(fù)載懸吊點(diǎn)相對(duì)于負(fù)載質(zhì)心的水平和垂向位置等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性、固有頻率及振動(dòng)傳遞率的影響。結(jié)果表明：隔振系統(tǒng)的穩(wěn)定性隨懸吊剛度的降低、負(fù)載質(zhì)心高度的增大、負(fù)載懸吊點(diǎn)水平間距的減小而降低，上述參數(shù)必須合理配置方可保證隔振系統(tǒng)的穩(wěn)定性；對(duì)于給定的負(fù)載，系統(tǒng)垂向隔振性能主要由懸吊剛度決定，水平向高頻隔振性能主要由懸吊工作長(zhǎng)度決定，減小懸吊剛度及懸吊點(diǎn)間距、增大負(fù)載質(zhì)心高度可提高水平向低頻隔振性能；系統(tǒng)水平平動(dòng)與翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)耦合，在主翻轉(zhuǎn)振型對(duì)應(yīng)固有頻率附近頻段存在反共振現(xiàn)象，利用該特性可在特定頻段實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的水平隔振性能。搭建了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，開(kāi)展了隔振系統(tǒng)固有振動(dòng)特性、振動(dòng)傳遞率的測(cè)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了理論分析的正確性。

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兩級(jí)負(fù)阻抗電磁分流阻尼器多目標(biāo)優(yōu)化方法

引用格式: 杜永康, 嚴(yán)浩, 劉旭輝, 王有懿, 呂俊, 李昊峻, 吳嘉寧, 焦小磊. 兩級(jí)負(fù)阻抗電磁分流阻尼器多目標(biāo)優(yōu)化方法[J]. 機(jī)械工程學(xué)報(bào), 2026, 62(1): 250-261.

論文摘要：

運(yùn)載火箭在發(fā)射和回收過(guò)程中面臨復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)激勵(lì)，易對(duì)箭體結(jié)構(gòu)及整流罩內(nèi)航天裝備產(chǎn)生振動(dòng)沖擊，設(shè)計(jì)性能優(yōu)良的減振緩沖器件顯得尤為重要。負(fù)阻抗電磁分流阻尼器通過(guò)在電氣回路中引入負(fù)阻抗，減小電路電阻，增加回路電流，從而增強(qiáng)電磁阻尼力的輸出，提升減振緩沖性能。然而，在負(fù)阻抗電磁分流阻尼器設(shè)計(jì)過(guò)程中，存在電感、電阻和剛度權(quán)衡困難，設(shè)計(jì)效率低的問(wèn)題。面向兩級(jí)負(fù)阻抗電磁分流阻尼器優(yōu)化設(shè)計(jì)難題，提出一種基于NSGA-II的多目標(biāo)優(yōu)化方法。通過(guò)推導(dǎo)兩級(jí)負(fù)阻抗電磁分流阻尼器的共振放大倍數(shù)和高頻衰減率目標(biāo)函數(shù)，預(yù)先對(duì)彈簧片剛度進(jìn)行仿真計(jì)算，確定合理的剛度約束范圍，對(duì)電壓超前相位角進(jìn)行約束，以減少優(yōu)化后的篩選量。仿真算例表明，采用所提出的優(yōu)化方法，在滿足二自由度系統(tǒng)共振放大倍數(shù)小于3 dB的基礎(chǔ)上，能夠分別實(shí)現(xiàn)在100 Hz處的正弦振動(dòng)衰減率小于-40 dB、在200 Hz處小于-70 dB的目標(biāo)，同時(shí)也驗(yàn)證了優(yōu)化后的設(shè)計(jì)參數(shù)組合能夠有效抑制沖擊載荷。所提出的優(yōu)化方法可用于負(fù)阻抗電磁分流阻尼器的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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責(zé)任編輯：杜蔚杰

責(zé)任校對(duì)：張 強(qiáng)

審 核：張 彤

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