空间碎片撞击源定位实验研究

发布时间：2020-11-11 16:07

　　 空间碎片超高速撞击的研究,对日益频发的空间碎片撞击航天器事件尤为重要。随着航天器遭遇空间碎片的撞击损毁甚至解体的事件日益频发,对空间碎片在轨感知技术的研究提出了更高的要求。为应对空间碎片的威胁,对于较大体积的碎片主要采取规避的形式,小体积的空间碎片检测难度较大,主要通过安装防护层的形式应对空间碎片的威胁。但是受科技水平的制约,空间碎片撞击事件仍然具有难以预测性,航天器面临严重的威胁。准确定位空间碎片撞击源能有效提高航天器的感知能力,可为撞击损伤的评估和后期修复损伤提供保障。但从目前研究成果来看,空间碎片撞击源的定位存在定位精度不高、定位时间较长等问题,因此需要针对此问题继续开展研究工作。基于以上研究背景,本文以超高速撞击源的定位为研究对象,利用二级轻气炮加载系统驱动铝制球形弹丸模拟空间碎片撞击靶板,针对基于二维PVDF的撞击源定位和基于声发射的撞击源定位展开实验研究,具体研究工作及取得的研究成果如下:(1)利用二级轻气炮加载系统和基于叠放的二维PVDF薄膜压电效应的定位系统,开展了弹丸以不同碰撞速度正碰撞二维PVDF压电薄膜的实验。基于PVDF薄膜的压电效应和去极化效应,建立了测试系统并提取电压信号,利用由条状PVDF组成的平面直角坐标系准确定位空间碎片碰撞源。实验结果表明:基于正交叠放二维PVDF薄膜压电效应能够定位撞击源的坐标,进而还可通过在一定间隔距离处安装双层PVDF薄膜确定空间碎片的飞行速度以及入射角度。(2)利用LABview图形化语言编程平台与NI数据采集卡建立高速信号实时采集系统,根据LABview独特的编程语言建立可视化界面。可视化界面包括采样控制模块、定位坐标显示模块和波形信号显示模块,其中定位坐标显示模块与二维PVDF定位实物靶板一一对应,坐标系的交点作为撞击点。通过实验证实了该系统能够准确定位撞击源,实验结果表明,基于LABview的撞击源定位系统具备实时定位能力,能对撞击信号进行实时采集与处理。(3)建立了声发射全信息采集平台,进行了二级轻气炮加载实验,根据声发射信号的传播规律,结合声发射信号传感器位置的几何关系计算撞击源坐标。利用小波变换理论对信号进行分析,并通过提取声发射信号特征频段能量值描述弹丸初始速度与声发射信号高频部分能量之间的关系。实验结果表明,利用声发射平面定位技术能够实现平面撞击点的准确定位,信号的传播距离与声发射特征参数之间存在线性关系,利用小波变换原理处理声发射信号能有效提高定位精度。
【学位单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V528
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 基于PVDF空间碎片的定位
        1.2.2 基于声发射的空间碎片定位
    1.3 主要研究内容
第2章 实验系统的构建
    2.1 引言
    2.2 二级轻气炮加载系统
    2.3 弹丸测速系统
    2.4 触发系统
    2.5 定位系统
        2.5.1 基于二维PVDF空间碎片定位系统
        2.5.2 基于声发射的定位及其算法
    2.6 信号采集系统
        2.6.1 PVDF信号采集系统
        2.6.2 声发射信号采集系统
    2.7 本章小结
第3章 基于二维PVDF的空间碎片撞击源定位
    3.1 引言
    3.2 二维PVDF定位实验
    3.3 高速数据实时采集与定位的LABview编程
    3.4 实验结果与分析
    3.5 本章小结
第4章 基于声发射技术的空间碎片撞击源定位实验
    4.1 引言
    4.2 声速测量
    4.3 弹丸撞击源定位
    4.4 基于声源测距的定位算法
    4.5 基于小波变换的声发射源定位
    4.6 撞击参数对声发射特征参数的影响
        4.6.1 弹丸的撞击速度对声发射信号能量的影响
        4.6.2 高频部分能量占比
    4.7 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
致谢

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本文编号：2879422