基于激光测振仪分离装置测量方法研究.pdf

2016年4月宇航计测技术 Apr.,2016
第36卷 第2期 JournalofAstronauticMetrologyandMeasurement Vol.36,No.2
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文章编号:1000-7202201602-0001-03 中图分类号:TN249 文献标识码:A
基于激光测振仪分离装置测量方法研究
张宏剑 庄方方 季宝锋 曲展龙 郭 岳
1.北京宇航系统工程研究所,北京100076;
2.中国运载火箭技术研究院研究发展中心,北京100076
摘 要 针对目前采用的高速摄像测量方法存在误差较大与操作困难问题,提出了种基于激光测振仪的
新型测量方法,可以有效提高分离装置试验测量精度,为后续分离装置机构精确设计奠定基础。
关键词 分离装置 激光测振仪 测量
传统测量方式误差较大,数据量偏少,无法满足精确
1 引 言
测量、精确设计需求,急需研究出种分离装置的新
分离装置又称作分离器,是种典型的分离及
型测量方法,以满足结构精细化分析与设计要求。
连接机构,广泛应用于航天运输系统中的级间分离、
舱段分离、星箭分离和载荷释放等相关领域,其功能
2 分离装置试验测试需求
可靠性直接关系到发射任务成败。分离装置产品可
靠性目前没有准确理论算法,是典型的试验验证设
如图1所示,分离指令触发前,分离装置中的连
计环节。试验测量结果的精确度直接影响分离装置
接螺杆主要用于连接两个不同的结构部段。分离指
机构设计优劣。以往试验结果多介于成败判定,难
令下发后,连接螺杆在释放装置的作用下,失去对不
以提供充足测量数据,严重影响结构设计方案。因
收稿日期:2015-06-20,修回日期:2015-08-03
基金项目:国家自然科学基金资助项目11402033
作者简介:张宏剑1984-,男,博士,工程师,主要研究方向:弹箭体结构设计与动力学分析。2宇航计测技术 2016年
同结构部段的连接作用,进入分离管道,而后被捕获标记点面与摄像机标定面之间的夹角 。
2016年4月宇航计测技术 Apr.,2016
第36卷 第2期 JournalofAstronauticMetrologyandMeasurement Vol.36,No.2
装置与缓冲弹簧共同控制约束,以避免其与航天器发相比传感器等传统测量方法,高速摄像机具有
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生二次接触碰撞 。除连接螺杆连接与释放装置分非接触式测量的优点。对测量对象没有直接影响,
文章编号:1000-7202201602-0001-03 中图分类号:TN249 文献标识码:A
保证了测量过程中测量对象与实际工况中的状态
离释放作用外,分离器中捕获装置对分离后连接螺杆
的准确捕获是分离任务成败判定的主要指标。致性,在静态外形与位形测量方面具有定优势。
基于激光测振仪分离装置测量方法研究
但对于分离装置引导阶段与捕获阶段中连接螺杆速
度测量,高速摄像具有以下缺点:
1高速摄像试验记录过程需要对测量对象所
张宏剑 庄方方 季宝锋 曲展龙 郭 岳
在坐标系进行标定,且测量过程中所标定坐标系参
1.北京宇航系统工程研考究物所不,北能京发1生00变07化6;。目前分离装置试验过程多为爆
图1 分离装置原理示意图
2.中国运载火箭技术研究院研究炸发冲展击中过心程,,北高京速摄10像00机76测量条件相对过于苛刻;
2高速摄像机采样频率大小与拍摄区域大小
捕获装置对连接螺杆捕获成功率除与捕获装
成反比。过低采样频率导致拍摄帧数太少,后期试
摘 要 针对目前采用的高速摄像测量方法存在误差较大与操作困难问题,提出了种基于激光测振仪的
置、缓冲弹簧结构设计相关外,还与连接螺杆进入捕
新型测量方法,可以有效提高分离装置试验测量精度,为后续分离装置机构精确设计奠定基础。
验数据点过少;过高采样频率导致拍摄记录图像区
获装置的初始状态有关。而连接螺杆到达捕获装置
关键词 分离装置 激光测振仪 测量
域过低;
时的初始状态取决于释放装置提供连接螺杆的初始
3高速摄像数据存储时间过长,而且每拍摄
动能与连接螺杆在分离管道中的运动过程两个因
次就要对拍摄图像进行选择截取保存,导致两次
素。对应分离装置试验中所需测量对象分别为:
试验之间间隔时间过长,不利于分离装置进行多次
1释放装置释放后连接螺杆的初始速度;2连接
反复试验;
螺杆与分离管道之间的摩擦系数。
4高速摄像对试验现场采光有较高要求,多
采用大功率白炽灯进行补光,导致试验现场温度过
3 传统测量方法分析
高,恶化参试人员工作环境。同时试验过程中,试验
人员还不能触碰摄像机,以免导致摄像机内标定参
目前分离装置结构方案设计,难以通过理论建
考坐标系发生变化,造成数据失效。
模分析计算,往往采用设计-试验-设计反复迭代
综上所述,传统的测量方法存在测量量不全、测
的研制设计流程,属于典型的试验验证性设计环节。
量结果精度低,实际操作困难等缺点,已经无法满足
若测量结果不完善,测量结果精度过低将难以支撑
产品精确设计分析需求。
结构方案设计,势必会影响航天运载器系统的研制
进度。若试验测量不精确,会影响对分离装置结构
4 基于激光测振仪的测量方法
设计合理性验证,甚至导致发射任务系统级失败。
传统分离机构试验释放装置释放后连接螺杆的
传统测量方式误差较大,数据量偏少,无法满足精确
1 引 言
激光测振仪是测量通过激光探头的示踪粒子的
初始速度多采取速度传感器或高速摄像机高速摄像
测量、精确设计需求,急需研究出种分离装置的新
的方法。速度传感器测量时需与连接螺杆直接连多普勒信号,再根据速度与多普勒频率的关系得到
分离装置又称作分离器,是种典型的分离及
型测量方法,以满足结构精细化分析与设计要求。
接,其自身质量将导致试验测试过程中的连接螺杆速度。运用激光测量,属于典型的非接触式测量技
连接机构,广泛应用于航天运输系统中的级间分离、
术,对被测对象没有干扰,测速范围宽,而且由于多
状态与实际飞行使用状态不致,测量仪器自身直
舱段分离、星箭分离和载荷释放等相关领域,其功能
2 分离装置试验测试需求
接影响了试验测试结果。普勒频率与速度为线性关系,和被测量点的温度,压
可靠性直接关系到发射任务成败。分离装置产品可
力没有关系。以Polytec-OFV-3001-353激光测振
单台高速摄像机仅能提供平面内二维运动位形
靠性目前没有准确理论算法,是典型的试验验证设
如图1所示,分离指令触发前,分离装置中的连
信息,后期速度信息需对位形信息进行差分处理。仪为例,在采样数据卡PMD-1608FS共同作用下其
计环节。试验测量结果的精确度直接影响分离装置
接螺杆主要用于连接两个不同的结构部段。分离指
差分过程中位形信息采样点数量直接影响差分后速采样频率能高达50kHz ,远远大于常见高速摄像
机构设计优劣。以往试验结果多介于成败判定,难
令下发后,连接螺杆在释放