固体火箭发动机射线成像仿真系统的研究

发布时间：2020-06-10 20:27

【摘要】：胶片射线成像检测是固体火箭发动机后勤检验及维护中应用最广泛的方法之一。在固体火箭发动机射线检测工艺制定和优化的过程中,射线剂量、透照角度、焦距等工艺参数,都需要采取试错法进行大量的实验分析,整个过程耗资巨大,耗时长久,尤其是在对其新型号产品的检测中,缺少先验知识,这些问题将更加显著。并且对固体火箭发动机的射线缺陷研究也是建立在昂贵的实际透照实验基础上,耗费很多人力、财力的同时,也延缓了研究工作的进度。目前利用先进的计算机仿真技术可以解决这些问题,因此本文针对固体火箭发动机研究了射线成像仿真系统。本文首先从实际的固体火箭发动机射线照相检测系统出发,建立了X射线成像仿真的数学物理模型,其中在射线源的仿真上融入了连续能谱特性和非点光源的焦点设计;对固体火箭发动机的多材质模型建立了材料衰减系数和射线能量的对应关系;使用黑度特性表征了射线胶片的成像机理。然后重点研究了基于STL模型的非点光源与多能谱投影的射线成像仿真算法,该算法可以达到实际胶片的成像精度要求,在10GY剂量条件下仿真图像黑度与实际胶片黑度的曲线趋势和数值范围吻合,尤其是在最关注的绝热层黑度最大差值仅为0.23。为了解决成像算法中射线与STL模型求交效率低的问题,本文采用基于三维空间投影约束的方法将求交效率提高了10倍左右。此外,还采用GPU并行技术对算法进行优化,优化后的算法在保持成像精度的同时能在不同性能的GPU设备上获得500-1000倍左右的加速比。最后设计并开发了仿真软件系统,为实际固体火箭发动机射线检测工艺的制定和优化提供了一个良好的仿真实验平台。
【图文】：

动机射线成像仿真结果的准确性和真实性不仅仅取决 X 射线源数学物理模型建立的是否精准合理，实际射线真成像主要依赖于 X 射线的独特性质，因此本章首先据 X 射线的衰减特性分析实际检测中的胶片成像机理，线检测系统的组成构建本文成像仿真系统的总体框架。生及能谱中的电磁辐射理论，当电子处于高压电场的作用下时，突然冲击由于大的负加速度而导致大量的电磁辐射。这产生过程如图 2.1 所示。

中北大学学位论文续分布的特性。当电场电压超过某一临界值(随阳极靶材料而定的激度将会足够快，，冲击阳极靶表面原子的内层电子而形成了空缺位置中位于高能量级的外层电子进行补缺，在该过程也会产生 X 射线，有不连续特征，这个特征常常用于定性分析某些材料的原子成分，射线胶片成像检测中，一般只用到连续能谱的 X 射线[40][41]。如图类别射线叠加的射线能谱分布，图中光滑的连续曲线部分表示连续凸起的线状部分表示特征 X 射线能谱。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V435;TP391.41

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