真空羽流實驗?zāi)Ｐ蛶缀螠y量與誤差校準

《真空羽流實驗?zāi)Ｐ蛶缀螠y量與誤差校準》

學(xué)位申請人：侯曉林 申請人學(xué)號：ZY1115113 指導(dǎo)老師：張建華 答辯時間：2013年12月11日北京航空航天大學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位論文答辯匯報提綱選題背景和意義論文的研究思路論文的主要工作結(jié)論、展望與不足學(xué)分完成與論文發(fā)表選題背景和意義1977年，美國“旅行號”航天器飛行過程中對支架的羽流撞擊效應(yīng)，造成扭矩損失60%。美國“衛(wèi)星通訊”衛(wèi)星上單組元發(fā)動機羽流形成的干擾力矩增加了燃料的消耗，降低了衛(wèi)星的使用壽命。2001年我國“神舟2號”飛船由于推力器羽流氣動力不對稱，對飛船控制造成了不利影響。2011年我國“海洋2號”衛(wèi)星升空后，由于羽流氣動力原因?qū)е滦l(wèi)星產(chǎn)生自旋，降低衛(wèi)星使用壽命。

羽流效應(yīng)問題是航天器在軌運行過程中不容忽視的問題，航天器發(fā)射前的羽流校核尤為重要。我們課題組建設(shè)國內(nèi)首座大型真空羽流效應(yīng)實驗系統(tǒng)，專門開展羽流地面模擬試驗，為航天器總體設(shè)計提供可靠參考。2011年參與實驗室工作，在實驗過程中，發(fā)現(xiàn)羽流試驗前的發(fā)動機對不準問題比較突出，結(jié)合本科機械專業(yè)，開展姿軌控發(fā)動機對準工作研究。選題背景和意義對準時間長（耗時1個小時左右）參與人員多（至少3人）對準精度差（精度只有1mm左右）結(jié)果誤差大（測得數(shù)據(jù)云圖不對稱）對準工具內(nèi)部環(huán)境外部環(huán)境對準方法影響因素對準問題發(fā)動機推力線與羽流測管中軸線成一條重合直線的狀態(tài)。對準概念匯報提綱選題背景和意義論文的研究思路論文的主要工作結(jié)論、展望與不足學(xué)分完成與論文發(fā)表論文的研究思路

匯報提綱選題背景和意義論文的研究思路論文的主要工作結(jié)論、展望與不足學(xué)分完成與論文發(fā)表3.1艙內(nèi)羽流試驗臺架位移誤差分析對測量試驗臺架系統(tǒng)進行三維建模，通過對試驗臺架施加人體自重后產(chǎn)生的位移誤差進行分析，確定位移誤差值。3.1艙內(nèi)羽流試驗臺架位移誤差分析發(fā)動機試驗臺架裝配零部件經(jīng)統(tǒng)計共計1236個，數(shù)據(jù)量龐大，分析計算緩慢，考慮模型簡化。3.1艙內(nèi)羽流試驗臺架位移誤差分析考慮3人；75kg/人；四類工況結(jié)論：誤差變形存在；對試驗數(shù)據(jù)有一定影響；考慮改進措施3.2姿軌控發(fā)動機對中測量思路確定發(fā)動機試驗件與羽流測管（壓力耙）的相對位姿關(guān)系，測得偏差值。1，移動三維X/Y軸，推出發(fā)動機的位姿偏差（俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航）；2，旋轉(zhuǎn)三維T軸，推出羽流測管的偏距和補償位移；3.2推出發(fā)動機位姿誤差校正模型3.2推出羽流測管偏距和補償位移3.2激光位移傳感器測量中存在的問題發(fā)動機自身位姿調(diào)整中出現(xiàn)的問題羽流參數(shù)測量裝置位姿調(diào)整中出現(xiàn)的問題發(fā)動機與羽流參數(shù)測量裝置之間的相對位姿調(diào)整中出現(xiàn)的問題在一次液氦試驗中，分別采集全部20種工況下，按縮比公式計算后的試驗位置數(shù)據(jù)與位置反饋數(shù)據(jù)進行比較。曲線基本吻合，但誤差依然存在X軸方向位移誤差達到13.57%結(jié)論：常規(guī)激光位移傳感器的測量方法和手段不能滿足實驗精度0.05mm要求，必須探索更高精度的測量與誤差校準方法。2011年11月，天宮一號順利在太空與神舟八號飛船對接，在這個對接過程中的最后20公里，這是首次在飛行器對接中使用激光雷達捕捉目標，作為此次對接的新設(shè)備，它的作用主要是引導(dǎo)兩個飛行器逐漸逼近至最后一米，這項技術(shù)在眾多科學(xué)家的努力下終于被突破。3.3基于激光雷達的姿軌控發(fā)動機對中誤差測量方向性好，波束窄，測角精度高；激光三角法測距，相對測距，測距精度高；不受雜波干擾，低仰角下工作；受大氣的光傳輸效應(yīng)影響大。3.3建立激光雷達下的測量基準3.3姿軌控發(fā)動機內(nèi)部輪廓掃描獲取點云點云預(yù)處理構(gòu)造平面擬合圓心擬合中心線發(fā)動機推力線空間直線方程3.3發(fā)動機幾何測量對準理論計算公式羽流測管中軸線方程L1:發(fā)動機推力線方程L2:羽流測點上參考點隨三維沿Y軸運動直線方程L3:3.3數(shù)據(jù)測量誤差分析

為了分析激光雷達自身的測量誤差影響，連續(xù)讀取28組單站測得的已知坐標數(shù)據(jù)進行對比分析。結(jié)論⑴采用激光雷達進行發(fā)動機對準測量方案可行；⑵實驗數(shù)據(jù)結(jié)果滿足精度0.05mm要求；⑶測量過程中注意減小人為操作不當帶來的誤差；3.4激光雷達測量系統(tǒng)誤差分析雷達測量系統(tǒng)中掃描誤差點坐標的測量誤差激光掃描頻率誤差空氣參數(shù)誤差測角誤差影響布站點曲率引起誤差影響測量數(shù)據(jù)濾波方法數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法移動窗口濾波法迭代線性最小二成內(nèi)插法相對誤差f=δ/L=0.0029%匯報提綱選題背景和意義論文的研究思路論文的主要工作結(jié)論、展望與不足學(xué)分完成與論文發(fā)表結(jié)論、展望和不足之處增加模型相似度，逼真校核增加發(fā)動機位姿精密微調(diào)機構(gòu)開發(fā)配套軟件、艙體上設(shè)置測站從實驗系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境入手提高數(shù)據(jù)采集精度試驗臺架穩(wěn)定性對發(fā)動機對中存在一定影響；激光位移傳感器對中校正模型精度不滿足實驗要求；基于激光雷達測量對中方案可用；由于實驗室經(jīng)費有限，相關(guān)的雷達設(shè)備、傳感器和配套SA軟件暫時不能購買，借助ANSYS模擬掃描獲取點云，對數(shù)據(jù)進行處理，同時得到511、27所、長春理工張春富實驗室的幫助。結(jié)論展望不足匯報提綱選題背景和意義學(xué)分完成與論文發(fā)表論文的研究思路論文的主要工作結(jié)論、展望與不足五、學(xué)分完成及論文發(fā)表情況[1].

侯曉林,張建華,凌桂龍等,發(fā)動機模型幾何測量中的誤差校準模型,固體火箭推進第30屆學(xué)術(shù)年會暨航天三網(wǎng)第34屆技術(shù)交流會2013,中國航天科技集團四院41所:中國青島.第817-822頁.【獲優(yōu)秀會議論文】[2].

侯曉林,張建華,王文龍等.大型