基于声发射的密封舱泄漏检测技术研究
发布时间：2021-09-30 06:54
太空中存在大量空间碎片,空间碎片多集中分布在近地轨道和地球同步轨道,截至2020年10cm以上的被编目的接近20000个,毫米级空间碎片数量更是巨大,空间碎片平均运行速度约为10km/s,且每年仍以5%的速度增长。随着我国航天技术的发展,航天器发射次数不断增加,一般来说厘米级别的空间碎片碰撞,足以使航天器彻底毁坏,只能通过轨道机动规避,毫米级空间碎片需要设计防护结构,当航天器与空间碎片撞击后,直径为毫米级的漏孔对于航天器较为常见,由于碰撞引发的气体泄漏将导致舱体内的压力不断下降,所以当太空中的航天器与空间碎片发生碰撞产生微小泄漏时,应当快速准确的对泄漏源进行定位,以确保航天器和航天员的安全。所以本文根据快速准确的定位需求展开了对密封舱泄漏检测技术研究。当空间碎片与密封舱发生碰撞时,由于舱内外压差,引发气体喷流,气体与航天器舱壁相互作用产生弹性波,弹性波在舱壁上传播,通过耦合在舱壁上的传感器,检测弹性波信号,通过分析此信号,判断泄漏孔的位置。本文利用混沌理论对噪声背景下不同孔径产生的微小信号进行识别;利用波达方向（Direction-of-Arrival,DOA）估计定位算法,引入小波谱...
【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】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SSN编目的空间碎片数量年度增长情况[2]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-果虽然不会十分严重，但由于空间粒子数量庞大，累计响应会使航天器结构破坏或引发功能失效。航天器作为航天活动的重要载体，航天器的正常运行直接关系到航天探索的成败，当空间碎片与航天器交会时，会损伤航天器的结构[4,5]（如图1-2所示），甚至完全破坏航天器。而当密封舱一旦发生泄漏，由于太空环境没有大气压，在压差作用下，会造成密封舱内的气体向舱外泄漏，导致舱内气压下降。由于舱内的气压下降可能会影响航天设备的正常运行，缩短航天器的在轨时间，甚至危及宇航员的人身安全。图1-2航天器受到空间碎片撞击损伤[4,5]随着我国航天事业的不断发展，保证航天器在轨正常运行，如何避免空间碎片碰撞及碰撞后引发航天器密封舱气体泄漏的定位成为了一个重要的研究方向。近些年来我国经济快速发展国力增强，航天事业不断进步，航天器发射次数逐年增加，如何保障航天器在轨安全运行，成为每一个研究人员关心的重要课题。航天器分为无人航天器和载人航天器，空间站即为航天器的一种，当空间站在太空运
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-行与空间碎片发生碰撞引发泄漏或由于密封材料的失效导致密封舱泄漏时，一旦航天器发生泄漏会影响其使用寿命，甚至会威胁航天员的生命安全，但相对于发生泄漏后封堵漏孔技术，在轨确认漏孔位置更加困难。最早应用于国际空间站在轨检漏使用的是手持式超声检漏仪[6]，超声检测仪如图1-3所示。图1-3UL101超声检测仪[6]该仪器与工业上应用的超声检漏仪几乎完全一样，优点是结构简单、在舱内就能检漏；缺点是检测效率低，检测耗费大量时间及人力资源。2004年1月国际空间站上发生了一次泄漏事故，造成空间站舱体内气压以每天200Pa的速度下降，空间站上的航天员利用这种手持式超声检漏仪耗时两周最终确定漏孔位置。由此可见针对航天器或压力容器，泄漏均是其安全运行的危险因素，所以对泄漏源快速准确定位是十分必要的。因此我们有必要研究更利于检测泄漏的方法，从而快速准确定位航天器舱体上的漏孔位置。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状对于声发射技术国外起步较早，并且已经做了大量的科研工作，声发射作为一种检测技术起步于20世纪50年代，德国学者凯赛尔通过对多种金属的声发射现象进行研究发现了凯塞尔效应，为后来的应用奠定了理论基础，声发射技术起源于德国，兴起于美国，然后在70年代，在日本欧洲及我国相继得到发展[7]。针对声发射检测定位技术，德国的GaulL[8]等研究人员使用小波变换分析采集信号，确定
【参考文献】：
期刊论文
[1]声发射技术检测GIS气体泄漏方法研究[J]. 马朋飞,史腾飞,刘荣海,段新会,常喜茂,杨迎春,郑欣. 高压电器. 2018(08)
[2]一种基于声发射阵列的航天器在轨碰撞与泄漏定位方法[J]. 綦磊,樊帆,孙立臣,李明利,于兆吉. 载人航天. 2018(04)
[3]混沌检测系统对噪声的免疫性分析及稳健建模[J]. 孙文军,芮国胜,张驰,王瑞. 电子科技大学学报. 2017(03)
[4]基于声传感器阵列的连续泄漏定位方法研究[J]. 边旭,张宇,王佳强,李一博,靳世久,孙立臣,綦磊. 振动与冲击. 2017(06)
[5]多孔铝板高速撞击声发射定位方法[J]. 李凌江,刘武刚,王建民,孔凡金,刘振皓. 航天器环境工程. 2016(06)
[6]距离对连续性泄漏声源定位精度的影响研究[J]. 龚小月,李一博,靳世久,边旭. 振动与冲击. 2016(14)
[7]基于时间反转聚焦的声发射源定位算法[J]. 李秋锋,陈建娟,何才厚,张维,李帅辉,陈积乐. 传感技术学报. 2015(11)
[8]基于混沌理论的天然气管道泄漏检测实验[J]. 胡菊丽,张自强,高允领. 实验室研究与探索. 2014(07)
[9]基于声发射的真空泄漏在线检测技术研究[J]. 张涛,曾周末,李一博,孟冬辉,王伟魁,边旭,綦磊,靳世久. 振动与冲击. 2013(24)
[10]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)
博士论文
[1]气体压力容器泄漏实时检测与定位技术研究[D]. 边旭.天津大学 2016
[2]阵列信号处理中的DOA估计关键技术研究[D]. 石和平.天津大学 2015
[3]空间碎片超高速撞击载人密封舱在轨感知技术研究[D]. 刘治东.哈尔滨工业大学 2015
[4]空间环境模拟器泄漏声发射检测技术研究[D]. 张涛.天津大学 2014
[5]混沌理论及基于特定混沌系统的微弱信号检测方法研究[D]. 聂春燕.吉林大学 2006
硕士论文
[1]基于超声导波的压力容器气体泄漏定位技术研究[D]. 王佳强.天津大学 2017
[2]钢桶气体泄漏声发射信号分析与检测[D]. 郭东军.南通大学 2014
[3]基于混沌理论的微弱BPSK信号检测技术研究[D]. 徐立振.哈尔滨工业大学 2012
[4]基于混沌理论的微弱信号检测原理及其在金属探测器中的应用研究[D]. 张敏.山东大学 2011
[5]基于混沌和神经网络的微弱信号检测方法[D]. 李首君.哈尔滨工程大学 2007
[6]基于传感器阵列的定位方法研究与实现[D]. 马中胜.吉林大学 2005
本文编号：3415339
【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】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SSN编目的空间碎片数量年度增长情况[2]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-2-果虽然不会十分严重，但由于空间粒子数量庞大，累计响应会使航天器结构破坏或引发功能失效。航天器作为航天活动的重要载体，航天器的正常运行直接关系到航天探索的成败，当空间碎片与航天器交会时，会损伤航天器的结构[4,5]（如图1-2所示），甚至完全破坏航天器。而当密封舱一旦发生泄漏，由于太空环境没有大气压，在压差作用下，会造成密封舱内的气体向舱外泄漏，导致舱内气压下降。由于舱内的气压下降可能会影响航天设备的正常运行，缩短航天器的在轨时间，甚至危及宇航员的人身安全。图1-2航天器受到空间碎片撞击损伤[4,5]随着我国航天事业的不断发展，保证航天器在轨正常运行，如何避免空间碎片碰撞及碰撞后引发航天器密封舱气体泄漏的定位成为了一个重要的研究方向。近些年来我国经济快速发展国力增强，航天事业不断进步，航天器发射次数逐年增加，如何保障航天器在轨安全运行，成为每一个研究人员关心的重要课题。航天器分为无人航天器和载人航天器，空间站即为航天器的一种，当空间站在太空运
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-行与空间碎片发生碰撞引发泄漏或由于密封材料的失效导致密封舱泄漏时，一旦航天器发生泄漏会影响其使用寿命，甚至会威胁航天员的生命安全，但相对于发生泄漏后封堵漏孔技术，在轨确认漏孔位置更加困难。最早应用于国际空间站在轨检漏使用的是手持式超声检漏仪[6]，超声检测仪如图1-3所示。图1-3UL101超声检测仪[6]该仪器与工业上应用的超声检漏仪几乎完全一样，优点是结构简单、在舱内就能检漏；缺点是检测效率低，检测耗费大量时间及人力资源。2004年1月国际空间站上发生了一次泄漏事故，造成空间站舱体内气压以每天200Pa的速度下降，空间站上的航天员利用这种手持式超声检漏仪耗时两周最终确定漏孔位置。由此可见针对航天器或压力容器，泄漏均是其安全运行的危险因素，所以对泄漏源快速准确定位是十分必要的。因此我们有必要研究更利于检测泄漏的方法，从而快速准确定位航天器舱体上的漏孔位置。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究现状对于声发射技术国外起步较早，并且已经做了大量的科研工作，声发射作为一种检测技术起步于20世纪50年代，德国学者凯赛尔通过对多种金属的声发射现象进行研究发现了凯塞尔效应，为后来的应用奠定了理论基础，声发射技术起源于德国，兴起于美国，然后在70年代，在日本欧洲及我国相继得到发展[7]。针对声发射检测定位技术，德国的GaulL[8]等研究人员使用小波变换分析采集信号，确定
【参考文献】：
期刊论文
[1]声发射技术检测GIS气体泄漏方法研究[J]. 马朋飞,史腾飞,刘荣海,段新会,常喜茂,杨迎春,郑欣. 高压电器. 2018(08)
[2]一种基于声发射阵列的航天器在轨碰撞与泄漏定位方法[J]. 綦磊,樊帆,孙立臣,李明利,于兆吉. 载人航天. 2018(04)
[3]混沌检测系统对噪声的免疫性分析及稳健建模[J]. 孙文军,芮国胜,张驰,王瑞. 电子科技大学学报. 2017(03)
[4]基于声传感器阵列的连续泄漏定位方法研究[J]. 边旭,张宇,王佳强,李一博,靳世久,孙立臣,綦磊. 振动与冲击. 2017(06)
[5]多孔铝板高速撞击声发射定位方法[J]. 李凌江,刘武刚,王建民,孔凡金,刘振皓. 航天器环境工程. 2016(06)
[6]距离对连续性泄漏声源定位精度的影响研究[J]. 龚小月,李一博,靳世久,边旭. 振动与冲击. 2016(14)
[7]基于时间反转聚焦的声发射源定位算法[J]. 李秋锋,陈建娟,何才厚,张维,李帅辉,陈积乐. 传感技术学报. 2015(11)
[8]基于混沌理论的天然气管道泄漏检测实验[J]. 胡菊丽,张自强,高允领. 实验室研究与探索. 2014(07)
[9]基于声发射的真空泄漏在线检测技术研究[J]. 张涛,曾周末,李一博,孟冬辉,王伟魁,边旭,綦磊,靳世久. 振动与冲击. 2013(24)
[10]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)
博士论文
[1]气体压力容器泄漏实时检测与定位技术研究[D]. 边旭.天津大学 2016
[2]阵列信号处理中的DOA估计关键技术研究[D]. 石和平.天津大学 2015
[3]空间碎片超高速撞击载人密封舱在轨感知技术研究[D]. 刘治东.哈尔滨工业大学 2015
[4]空间环境模拟器泄漏声发射检测技术研究[D]. 张涛.天津大学 2014
[5]混沌理论及基于特定混沌系统的微弱信号检测方法研究[D]. 聂春燕.吉林大学 2006
硕士论文
[1]基于超声导波的压力容器气体泄漏定位技术研究[D]. 王佳强.天津大学 2017
[2]钢桶气体泄漏声发射信号分析与检测[D]. 郭东军.南通大学 2014
[3]基于混沌理论的微弱BPSK信号检测技术研究[D]. 徐立振.哈尔滨工业大学 2012
[4]基于混沌理论的微弱信号检测原理及其在金属探测器中的应用研究[D]. 张敏.山东大学 2011
[5]基于混沌和神经网络的微弱信号检测方法[D]. 李首君.哈尔滨工程大学 2007
[6]基于传感器阵列的定位方法研究与实现[D]. 马中胜.吉林大学 2005
本文编号：3415339
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