真空羽流实验模型几何测量与误差校准

《真空羽流实验模型几何测量与误差校准》

学位申请人：侯晓林 申请人学号：ZY1115113 指导老师：张建华 答辩时间：2013年12月11日北京航空航天大学专业硕士学位论文答辩汇报提纲选题背景和意义论文的研究思路论文的主要工作结论、展望与不足学分完成与论文发表选题背景和意义1977年，美国“旅行号”航天器飞行过程中对支架的羽流撞击效应，造成扭矩损失60%。美国“卫星通讯”卫星上单组元发动机羽流形成的干扰力矩增加了燃料的消耗，降低了卫星的使用寿命。2001年我国“神舟2号”飞船由于推力器羽流气动力不对称，对飞船控制造成了不利影响。2011年我国“海洋2号”卫星升空后，由于羽流气动力原因导致卫星产生自旋，降低卫星使用寿命。

羽流效应问题是航天器在轨运行过程中不容忽视的问题，航天器发射前的羽流校核尤为重要。我们课题组建设国内首座大型真空羽流效应实验系统，专门开展羽流地面模拟试验，为航天器总体设计提供可靠参考。2011年参与实验室工作，在实验过程中，发现羽流试验前的发动机对不准问题比较突出，结合本科机械专业，开展姿轨控发动机对准工作研究。选题背景和意义对准时间长（耗时1个小时左右）参与人员多（至少3人）对准精度差（精度只有1mm左右）结果误差大（测得数据云图不对称）对准工具内部环境外部环境对准方法影响因素对准问题发动机推力线与羽流测管中轴线成一条重合直线的状态。对准概念汇报提纲选题背景和意义论文的研究思路论文的主要工作结论、展望与不足学分完成与论文发表论文的研究思路

汇报提纲选题背景和意义论文的研究思路论文的主要工作结论、展望与不足学分完成与论文发表3.1舱内羽流试验台架位移误差分析对测量试验台架系统进行三维建模，通过对试验台架施加人体自重后产生的位移误差进行分析，确定位移误差值。3.1舱内羽流试验台架位移误差分析发动机试验台架装配零部件经统计共计1236个，数据量庞大，分析计算缓慢，考虑模型简化。3.1舱内羽流试验台架位移误差分析考虑3人；75kg/人；四类工况结论：误差变形存在；对试验数据有一定影响；考虑改进措施3.2姿轨控发动机对中测量思路确定发动机试验件与羽流测管（压力耙）的相对位姿关系，测得偏差值。1，移动三维X/Y轴，推出发动机的位姿偏差（俯仰、滚转和偏航）；2，旋转三维T轴，推出羽流测管的偏距和补偿位移；3.2推出发动机位姿误差校正模型3.2推出羽流测管偏距和补偿位移3.2激光位移传感器测量中存在的问题发动机自身位姿调整中出现的问题羽流参数测量装置位姿调整中出现的问题发动机与羽流参数测量装置之间的相对位姿调整中出现的问题在一次液氦试验中，分别采集全部20种工况下，按缩比公式计算后的试验位置数据与位置反馈数据进行比较。曲线基本吻合，但误差依然存在X轴方向位移误差达到13.57%结论：常规激光位移传感器的测量方法和手段不能满足实验精度0.05mm要求，必须探索更高精度的测量与误差校准方法。2011年11月，天宫一号顺利在太空与神舟八号飞船对接，在这个对接过程中的最后20公里，这是首次在飞行器对接中使用激光雷达捕捉目标，作为此次对接的新设备，它的作用主要是引导两个飞行器逐渐逼近至最后一米，这项技术在众多科学家的努力下终于被突破。3.3基于激光雷达的姿轨控发动机对中误差测量方向性好，波束窄，测角精度高；激光三角法测距，相对测距，测距精度高；不受杂波干扰，低仰角下工作；受大气的光传输效应影响大。3.3建立激光雷达下的测量基准3.3姿轨控发动机内部轮廓扫描获取点云点云预处理构造平面拟合圆心拟合中心线发动机推力线空间直线方程3.3发动机几何测量对准理论计算公式羽流测管中轴线方程L1:发动机推力线方程L2:羽流测点上参考点随三维沿Y轴运动直线方程L3:3.3数据测量误差分析

为了分析激光雷达自身的测量误差影响，连续读取28组单站测得的已知坐标数据进行对比分析。结论⑴采用激光雷达进行发动机对准测量方案可行；⑵实验数据结果满足精度0.05mm要求；⑶测量过程中注意减小人为操作不当带来的误差；3.4激光雷达测量系统误差分析雷达测量系统中扫描误差点坐标的测量误差激光扫描频率误差空气参数误差测角误差影响布站点曲率引起误差影响测量数据滤波方法数学形态学方法移动窗口滤波法迭代线性最小二成内插法相对误差f=δ/L=0.0029%汇报提纲选题背景和意义论文的研究思路论文的主要工作结论、展望与不足学分完成与论文发表结论、展望和不足之处增加模型相似度，逼真校核增加发动机位姿精密微调机构开发配套软件、舱体上设置测站从实验系统内部环境入手提高数据采集精度试验台架稳定性对发动机对中存在一定影响；激光位移传感器对中校正模型精度不满足实验要求；基于激光雷达测量对中方案可用；由于实验室经费有限，相关的雷达设备、传感器和配套SA软件暂时不能购买，借助ANSYS模拟扫描获取点云，对数据进行处理，同时得到511、27所、长春理工张春富实验室的帮助。结论展望不足汇报提纲选题背景和意义学分完成与论文发表论文的研究思路论文的主要工作结论、展望与不足五、学分完成及论文发表情况[1].

侯晓林,张建华,凌桂龙等,发动机模型几何测量中的误差校准模型,固体火箭推进第30届学术年会暨航天三网第34届技术交流会2013,中国航天科技集团四院41所:中国青岛.第817-822页.【获优秀会议论文】[2].

侯晓林,张建华,王文龙等.大型