航天工程硕士毕业论文

刚刚过去的20世纪，是人类科学技术飞速发展的时代，也是航天技术飞速发展的时期，半个多世纪以来，航天技术对人类社会的发展做出了巨大贡献。与此同时，中国的航天事业也取得了举世瞩目的辉煌成就。下面我将回顾中国航天事业的历史成就，展望未来发展，并简要介绍中国在航天领域开展的国际合作。 一、中国航天事业取得的成就 经过51年的发展，我国航天事业已经形成了六个能力——进入空间的能力、卫星研制能力、载人航天能力、深空探测能力、航天基础与保障能力，以及卫星应用能力。 1、进入空间的能力 中国长征运载火箭具备了吨的近地轨道、吨的同步转移轨道的运载能力，能够发射世界上绝大多数商业卫星。1996年10月以来，长征火箭已经连续60次发射成功。 至今，长征火箭进行了102次飞行，将87颗国产卫星和6艘飞船、28颗国外商用卫星送入预定轨道。前50次发射用了28年，后50次仅用了9年并且全部发射成功。未来我们将迎来新一轮高密度发射。 2、卫星研制与运行能力 目前我国已经拥有通讯、遥感、资源、导航定位、气象、科学实验、海洋七个卫星系列。在通信卫星方面：1984年，中国第一颗地球静止轨道试验通信卫星东方红二号发射成功，此后我们先后发射了东方红二号甲实用通信卫星、东方红三号中等通信容量的广播卫星。今年，我们用东方红四号(DFH-4)大型静止轨道卫星平台，为尼日利亚成功研制并在发射了大容量通信卫星。东方红四号平台设计寿命15年，输出功率 KW，适用于大容量通信广播、电视直播卫星等。它的成功研制，标志着中国卫星研制达到了新的高度。 在遥感卫星方面：20世纪80年代至今，我们已经形成了气象卫星、资源卫星、海洋卫星等三个遥感卫星系列。 ——气象卫星：中国在上世纪80年代发射了首颗“风云1号”太阳同步轨道气象卫星，90年代发射了“风云二号”地球静止轨道气象卫星。两种气象卫星均实现了稳定的业务化应用，并被世界气象组织列入业务应用卫星序列。 ——地球资源卫星：上世纪90年代，中国和巴西合作开发了第一代中巴“资源1号”卫星，之后我们自行研制了第二代中国“资源二号”卫星，获得了更高的时间分辨率和空间分辨率。这些卫星均已实现业务化运行，广泛用于经济建设的各领域。 ——海洋卫星：进入21世纪，我们先后发射了海洋-1A和1B两颗海洋探测与监测卫星，用于海洋污染监测，海冰预报，海岸带特征调查、海洋资源探测等。两颗卫星获取的海洋基础信息在发展我国海洋事业中发挥了重要作用。 在返回式卫星方面：从1975年至今，我们成功发射和回收了5种类型、21颗返回式卫星。利用返回式卫星，我们开展了资源调查、地图测绘、地质调查等遥感应用，并为国内外用户进行了100多项微重力和空间环境条件下的材料、生命科学实验，以及农作物种子搭载试验等。 在导航卫星方面：从上世纪90年代开始，我们采用双星定位技术和较少的资金投入，自主研制、建设了第一代“北斗”区域导航卫星系统。这一系统已具备了在中国及周边地区范围内的定位、授时功能，可提供区域性全天候导航定位服务。 在科学技术试验卫星方面：40多年来先后发射了10颗科学技术试验类卫星，形成了科学试验卫星系列。这些卫星在空间环境探测、空间科学试验和新技术试验等方面，发挥了积极的作用。至今，我国自行研制和发射了80多颗人造地球卫星。未来，中国航天器的发射数量将大大增加，技术水平将不断提高。 3、载人航天的能力 1999年月11月，我国成功发射了第一艘无人飞船，2003年10月15日，中国神舟5号飞船圆满完成了我国首次载人飞行，标志着中国独立掌握了载人航天技术。2005年10月12～17日，两名航天员圆满完成神舟六号飞行任务，实现了2人5天、航天员直接参与空间科学实验活动的新跨越。 神舟飞船采用了三舱一段结构，两对太阳电池翼构型，升力控制返回和圆顶降落伞回收方案，飞船轨道舱兼具生活舱，可驻留轨道数月开展空间科学探测和技术试验。从神舟二号到五号，四个轨道舱的上百种仪器进行了对地观测、空间科学实验。这项工程形成了100多项具有自主知识产权的新技术、新方法。 4、深空探测的能力 实施月球探测工程是中国向深空探测迈出的第一步。这一工程分三个阶段实施。在第一阶段，发射在月球200公里轨道运行的月球卫星——嫦娥1号，它的任务是拍摄月表三维照片，分析月球上多种元素的分布，探测月壤厚度，探测地月空间环境。嫦娥1号已进入发射准备阶段，计划2007年10月发射，在轨运行一年。完成第一阶段工程后，将实施第二、第三阶段工程。 5、航天基础与保障能力 ——经过51年的发展，中国航天已具备较强的设计能力、加工制造能力、完备的测试和试验能力、可靠的发射能力、有效的测控管理能力，形成了较完整的航天工业体系 ——在发射场方面，建设了酒泉、西昌和太原发三个射场。为配合新一代运载火箭计划，正在论证在海南建设新的发射场。 ——在测控通信领域，建立了覆盖国家本土、太平洋和非洲地区的航天测控网，基本满足了航天活动的测控需要。 ——在地面和应用系统方面，建成了中国遥感卫星地面站、国家卫星气象中心、国家卫星海洋应用中心和中国资源卫星应用中心等卫星地面和应用系统。在载人航天、月球探测等领域，也建成了配套的专业工程体系。 6.空间应用能力 几十年来，中国的航天事业在国民经济和社会发展中发挥了重要的促进作用，形成了广泛的空间应用的能力。例如：通信卫星承担了几十套电视节目、30路对外广播和8000多部卫星电话的传输任务，使电视人口覆盖率由68%增加到90%以上，全国500多个大中城市开通了长途自动拨号电话，基本改变了新疆、青海、云南、贵州等边远地区及海防海岛收视难、通信难的状况。政府利用“村村通”卫星直播平台，解决了全国10万个行政村的电视覆盖盲点。依靠通信卫星电视广播网播出教育节目，使3千多万人接受了大中专电视教育，远程教育网培养的大学毕业生已达200多万人，现有1600多万人在校学习。卫星遥感已在我国气象、地矿、测绘、农林、水利、海洋、环保、区域和城市规划等方面得到广泛应用。利用卫星遥感对洪水、干旱、台风、地震、森林火灾、病虫害等进行预报和评估，每年减少数百亿元自然灾害造成的损失。 中国进行了300多种农作物种子卫星搭载试验，完成了50多个品系大面积种植推广，经过太空育种的种子，可比原有品种增产10%-20%。利用空间微重力的特殊环境，获得了高质量的蛋白质晶体，掌握了有应用前景的空间生物制药技术和方法。 二、中国航天事业的未来发展 去年10月，中国政府发布了《2006年中国的航天》白皮书，描述了未来五年及较长一个时期，我国航天事业的发展目标和主要任务。未来一段时间，我们将重点实施下面五项重大工程。 一是继续实施载人航天工程。重点突破航天员出舱活动、空间飞行器交会对接等重大关键技术，为建立具有一定应用规模的有人照料、长期在轨飞行的空间实验室奠定基础。2008年我们将发射神舟七号飞船，突破航天员出舱活动。 二是实施月球探测工程。发射“嫦娥1号”后，将实施探月工程第二、第三阶段计划，2013年左右，完成月面软着陆探测；在2020年前，发射小型采样返回舱，采集月球样品返回地球，进行深入研究。 三是启动并实施高分辨率对地观测系统工程。将在天基、近空间、空基不同层次进行大气、陆地、海洋的综合观测，形成全天候、全天时、稳定运行的对地观测能力，并可根据需要对特定地区进行高精度观测，满足立体观测和高分辨率观测的需要。 四是完善“北斗”导航试验卫星系统。自主研制并建成12颗卫星组成的区域导航定位系统，满足中国及周边地区用户需求；在此基础上，进一步扩展到由30多颗不同轨道卫星组成的全球卫星导航定位系统，获得高精度授时和用户位置报告能力。 五是研制新一代无毒、无污染和大推力的运载火箭。使近地轨道运载能力从吨提高到25吨，同步转移轨道运载能力从吨提高到14吨。新型火箭预计在2013年左右投入使用。 三、积极推进国际合作，为维护世界和平力做贡献 和平利用外层空间，造福全人类，是中国发展航天事业的宗旨。坚持“平等互利、和平利用、共同发展”是我们开展航天合作的原则。目前，我国与俄罗斯、欧洲空间局等几十个国家和国际组织建立了良好的航天合作关系，先后与60多个国家和组织开展了双边、区域、多边以及商业服务等多种形式的广泛空间合作。例如，我国已为国外客户成功发射28颗卫星；我国与巴西成功研制了中巴资源卫星；我国参加了欧洲伽俐略导航卫星项目，并与欧洲成功实施了双星探测项目。今年中国航天局与俄罗斯航天局签署了中俄火星探测合作协议。我们还为尼日利亚研制和发射了大容量通信卫星。作为重要的航天国家，中国加入了多个国际航天组织，并在联合国及有关组织的外空事务中发挥着重要作用。 结语 过去五十年，中国航天事业取得了举世瞩目的成就；未来十五年，中国航天事业将面临更多的挑战，也充满了难得的发展机遇，中国航天将进入更快发展的新时期。太空属于人类，航天需要合作。我们愿意与世界各国共同推进航天领域的国际合作，为人类和平利用太空贡献力量！

纤维增强树脂基复合材料层合结构具有比强度高、比刚度大、阻尼特性好、疲劳寿命长、结构可设计性强等优点,在航空、航天及一些特殊领域中被广泛使用。然而,复合材料的各向异性,非均匀性等特点给复合材料结构的力学分析带来了一系列的挑战。尤其在航空航天领域,飞行器在运行过程中所处的环境和所受的载荷都非常复杂。除了考虑飞行器在这些复杂环境下的自振特性和确定性外载作用下的动力响应外,考虑随机性外载的影响也不容忽视。随机振动理论和方法就是处理这类问题的先进思想和重要手段,但在国内外航空航天领域中还很少实际应用,主要原因之一就是现有随机振动分析方法复杂而且低效,这在很大程度上限制了飞行器设计水平的提高。虚拟激励法是高效精确的随机振动分析方法,迄今已经在大跨度结构抗震、抗风,海洋平台和汽车随机振动等多个工程领域被数以百计的专家针对各工程领域的特点予以发展而取得很多实际成效。但是迄今为止,这一有力的工具却并未在航空航天领域被充分认识和应用,在这些具有战略意义的重要领域中,所应用的随机振动分析方法依然复杂低效,缺乏创新意识。本论文针对这一现状,依据航空航天领域材料和结构的复杂性,以及飞行器所处环境的复杂性,将虚拟激励法作了有针对性的发展,以完全自主版权的DDJ有限元程序系统为开发平台,完成了求解复合材料结构随机振动的高效精确分析程序。本论文中,着重对如下问题进行了研究:1.建立了基于Mindlin一阶剪切变形理论的复合材料层合板有限元分析模型,推导了层合板的有限元列式,在DDJ程序平台上对复合材料层合板的自振频率和模态进行了分析。将虚拟激励法引入到航空航天领域广泛使用的复合材料层合结构的随机振动分析中,针对复杂的复合材料结构有限元模型和非经典阻尼体系,发展了包含全部参振振型和随机激励点之间耦合项的随机振动高效求解方法,比较圆满地解决了传统计算方法精度差、效率低的应用障碍。2.本文推广虚拟激励法于敷设粘弹性阻尼层的复合材料层合结构的平稳和非平稳随机振动分析,建立了高效精确计算方法。尤其是综合考虑了粘弹性阻尼材料的性能参数随频率变化的特点以及复合材料层合结构本身的模态阻尼,建立了组合系统的非经典阻尼表达。为了解决随频率变化的非经典阻尼体系的平稳/非平稳随机响应,本文结合精细积分方法提出了一种直接解法,只需用原系统的实模态对虚拟激励法做出相应的发展,就可精确地求解频变阻尼系统的随机振动。据此对飞机水平尾翼的复合材料安定面结构进行了模拟研究,从精细的计算模型及合理的计算结果可以看出,本文所提出的方法对于这类相当复杂的复合材料结构的随机振动分析十分有效。3.研究飞机对大气紊流响应的主要方法是随机振动功率谱法。用高效、精确的分析方法计算不同飞行环境下飞机的响应,以预测飞机疲劳寿命和可靠度等是航空工程领域研究热点。本文在考虑了二维平面流中简谐振动平板产生的非定常力基础上,又按照虚拟激励法的特点同时考虑了竖向简谐风的影响,进而研究了复合材料二维机翼的大气紊流响应。随机激励谱选用了Dryden紊流频谱模型。结果表明,在处理二维机翼在大气紊流响应的随机问题中,基于简谐响应分析的虚拟激励法不但是精确算法,而且效率非常高,具有很大的实用优势。发展这一方法对于该领域的数值计算是很有价值的。4.计算流体动力学(CFD)是研究流体动力学的有力工具。本文为计算机翼颤振/抖阵分析中的气动参数,首次使用雷诺平均湍流模型对二维翼型截面的颤振导数进行了求解。基于等最新提出的CFD网格控制算法以及所建立的数值风洞,计算了结构简谐运动下的气动力,并识别了湍流场中NACA0012翼型的颤振导数。将由此得到的颤振导数和气动力应用到大气紊流引起的随机振动计算中,并将计算结果与基于Theodorsen函数得出的响应解析解进行比较,得到了相当满意的一致。本文计算的CFD气动参数充分考虑了气体的分子粘性和紊流粘性,其作用相当于附加阻尼,因此比Theodosen函数方法限制更少、应用范围更广,而且在此基础上还可以考虑三维流和可压缩性。因此本文实施的基于CFD的气动力计算方法具有广阔的应用前景,将成为应用虚拟激励法于航空航天结构时确定气动参数的有力工具。可以说,这一成功的尝试为随机振动方法更广泛地应用于航空航天工程走出了很重要的一步。