空间碎片超高速撞击载人密封舱在轨感知技术研究

发布时间：2021-02-23 10:57

　　日趋增多的空间碎片对航天器在轨安全运行造成了严重威胁,特别是随着我国载人航天事业的发展,对应用于载人密封舱的空间碎片超高速撞击在轨感知技术提出了迫切需求。目前,通过研究单弹丸超高速撞击铝合金平板的声发射现象,初步验证了基于声发射的在轨感知技术对于空间碎片超高速撞击在轨运行航天器事件的实时感知、定位及损伤模式识别具有较好的应用前景。然而,载人密封舱通常装有防护屏且其舱壁具有加筋、隔框及焊缝等多种形式的凸起,导致空间碎片撞击载人密封舱产生的超高速撞击声发射信号特性及其传播规律更加复杂:空间碎片击穿防护屏形成的二次碎片云撞击密封舱舱壁将产生大量点状声发射源;感知系统将同时采集经支撑构件传播进入舱壁的防护屏超高速撞击声发射信号;舱壁中传播的声发射信号受到舱壁表面凸起的干涉作用,其波形及衰减特性将发生变化。载人密封舱的复杂结构给声发射在轨感知技术,特别是给基于声发射的舱壁损伤模式识别技术的工程应用带来了困难。本文以空间站密封舱结构为研究对象,针对二次碎片云超高速撞击声发射源时序特性、声发射信号在舱壁表面凸起作用下的幅值衰减特性、支撑构件导致的屏/舱间声发射信号干扰现象等问题开展深入研究,制定传感... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：146 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究的目的和意义
    1.2 密封舱舱壁损伤在轨感知技术研究现状
        1.2.1 气体泄漏在轨监测技术
        1.2.2 空间碎片超高速撞击在轨感知技术
    1.3 声发射在轨感知技术研究现状及工程应用进展
        1.3.1 单弹丸超高速撞击声发射现象研究现状
        1.3.2 声发射在轨感知技术工程应用进展
    1.4 PVDF压电薄膜机理及工程应用进展
        1.4.1 PVDF压电薄膜机理
        1.4.2 PVDF压电薄膜工程应用现状
    1.5 问题与关键技术
    1.6 主要研究内容
第2章 声发射信号获取技术
    2.1 引言
    2.2 典型载人密封舱结构
    2.3 超高速撞击声发射信号的实验采集
    2.4 仿真枪枪击声发射信号的实验采集
    2.5 超高速撞击与仿真枪枪击实验结果及其对比校验
        2.5.1 板波的模态、频散与速度
        2.5.2 信号模态成分对比
        2.5.3 信号强度对比
    2.6 超高速撞击声发射现象的数值模拟
        2.6.1 材料模型
        2.6.2 几何模型
    2.7 超高速撞击实验与数值仿真结果及其对比校验
    2.8 本章小结
第3章 二次碎片云声发射源时序特性及定位方法研究
    3.1 引言
    3.2 二次碎片云超高速撞击声发射源时序特性
        3.2.1 二次碎片云点状声发射源的产生时序
        3.2.2 点源信号的传播时序与时序最速点
    3.3 典型靶板中的时序最速点位置分布特征
        3.3.1 波速测量
        3.3.2 时序最速点在铝合金平板中的位置分布特征
        3.3.3 时序最速点在密封舱舱壁中的位置分布特征
    3.4 二次碎片云超高速撞击声发射源定位算法
        3.4.1 虚拟波阵面法定位单一点状声发射源的原理
        3.4.2 虚拟波阵面法定位二次碎片云超高速撞击声发射源的原理
        3.4.3 定位测试与结果分析
    3.5 时序失效信号时频特性及其辨识技术
        3.5.1 二次碎片云超高速撞击现象的数值模拟
        3.5.2 数值仿真结果及分析
        3.5.3 时序失效信号辨识技术
    3.6 本章小结
第4章 超高速撞击声发射信号在舱壁中的衰减特性研究
    4.1 引言
    4.2 典型密封舱舱壁结构中的声发射信号波形特征
        4.2.1 超高速撞击声发射信号在靶板表面凸起处的散射现象
        4.2.2 散射现象对超高速撞击声发射信号波形特征的影响
    4.3 P波衰减特性
        4.3.1 靶板表面凸起对P波首波谷幅度衰减特性的影响
        4.3.2 P波在典型载人密封舱舱壁中的衰减特性分析
        4.3.3 P波衰减特性的实验验证
    4.4 S波衰减特性
        4.4.1 密封舱舱壁枪击声发射源定位实验
        4.4.2 到达时刻求取及信号S波强度分析
        4.4.3 声发射源定位结果与分析
    4.5 本章小结
第5章 屏/舱声发射信号耦合传播特性研究
    5.1 引言
    5.2 圆柱支撑构件对超高速撞击声发射信号传播特性的影响
        5.2.1 弹丸超高速撞击双层板构件实验
        5.2.2 实验结果与分析
    5.3 屏/舱信号在防护结构中的传播时序特性
        5.3.1 传播时序特性分析
        5.3.2 传播时序特性的实验验证
    5.4 舱壁无干扰区域与屏/舱干扰现象解决方案
    5.5 本章小结
第6章 典型载人密封舱声发射传感器布局方案设计
    6.1 引言
    6.2 防护屏与舱壁无干扰区域范围
        6.2.1 屏/舱声发射信号在密封舱结构中的传播时序特性
        6.2.2 舱壁无干扰区域
    6.3 声发射信号衰减特性与传感器布局方案
        6.3.1 信号噪声水平
        6.3.2 信号强度水平及传感器布局方案
    6.4 本章小结
第7章 基于PVDF的舱壁损伤模式识别方法研究
    7.1 引言
    7.2 基于PVDF的舱壁损伤模式识别技术方案
    7.3 PVDF探头超高速撞击信号辨识技术
        7.3.1 超高速撞击实验
        7.3.2 敲击实验
    7.4 超高速撞击信号辨识技术
    7.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]空间碎片对航天活动的威胁日益严峻[J]. 刘静.  国防科技工业. 2013(11)
[2]高速撞击声发射信号在铝板中的衰减规律[J]. 刘武刚,王建民,顾海贝,于荣刚,庞宝君.  无损检测. 2012(12)
[3]减压病诊疗进展[J]. 王冬,刘艳芳,李祥.  海军医学杂志. 2012(06)
[4]空间碎片防护研究最新进展[J]. 韩增尧,庞宝君.  航天器环境工程. 2012(04)
[5]空间站泄漏监测报警方案设想——绝压法[J]. 回天力,刘刚,高静,贾东永,杨纯,孙国辉.  载人航天. 2012(04)
[6]空间碎片现状与清理[J]. 林来兴.  航天器工程. 2012(03)
[7]“国际空间站”各系统设计[J]. 范嵬娜.  国际太空. 2012(03)
[8]基于神经网络算法的复合材料板声发射源定位[J]. 顾海贝,刘武刚,孙飞,张凯.  导弹与航天运载技术. 2012(01)
[9]大型空间站整体壁板结构技术进展[J]. 于登云,赖松柏,陈同祥.  中国空间科学技术. 2011(05)
[10]现代小卫星的发展及轨道垃圾问题[J]. 林来兴.  航天器环境工程. 2011(04)

博士论文
[1]空间碎片环境模型研究[D]. 王若璞.解放军信息工程大学 2010
[2]弹丸超高速撞击薄板碎片云建模研究[D]. 迟润强.哈尔滨工业大学 2010
[3]超高速撞击板波特性与声发射空间碎片在轨感知技术[D]. 唐颀.哈尔滨工业大学 2008
[4]航天器空间碎片防护结构超高速撞击特性研究[D]. 管公顺.哈尔滨工业大学 2006

硕士论文
[1]基于PVDF压电传感器的空间微小碎片探测系统规划研究[D]. 张庆志.中北大学 2012
[2]基于PVDF的空间碎片在轨感知技术研究[D]. 王青林.哈尔滨工业大学 2012
[3]基于神经网络技术的空间碎片损伤模式识别研究[D]. 熊秋鹏.哈尔滨工业大学 2012
[4]屏舱声发射信号耦合及对在轨感知系统定位的影响研究[D]. 向明江.哈尔滨工业大学 2011
[5]PVDF压电薄膜及其传感器的制备与性能研究[D]. 朱金海.哈尔滨工业大学 2011
[6]空间碎片在轨感知系统中FRP层合板声发射定位技术研究[D]. 刘治东.哈尔滨工业大学 2008



本文编号：3047475