真空热环境下结构热变形试验方法研究

发布时间：2022-01-22 03:28

　　航天器空间结构的尺寸稳定性直接关系到航天器有效载荷和平台的在轨运行性能。为改进空间结构在轨环境下的尺寸变形测量与验证方法,开展了地面模拟在轨真空热环境下的结构热变形试验方法研究。在对国内外相关试验方法与测量系统典型案例分析的基础上,基于工业摄影测量原理提出了单相机+多摄站测量方式的试验方案,并研制了相机保护系统和相机二维运动机构,相机在真空热环境下通过运动机构的弧形导轨可以在一个弧面内二维运动进行不同角度图像拍摄,用来满足多摄站的测量需求;随后针对真空热环境下测量,分析了相机保护系统的光学窗口对测量相机标定结果的影响,通过仿真与试验验证了相机拍摄景深、圆形标志点对比度和比例因子对测量精度的影响,并提出了采集多曝光图像处理方法,从不同曝光下拍摄的圆形标志点图像中优选最佳的圆心提取和识别结果进行融合计算,来保证获取较好的对比度和亮度图像。最后结合典型试验件对提出的真空热环境下结构热变形测量方法进行了试验验证,试验结果达到0. 043 mm的测量精度,表明该方法可以有效满足未来航天器空间结构热变形的测量需要。 

【文章来源】：机械强度. 2020,42(02)北大核心CSCD

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【部分图文】：

V-STARS系统及其相机保护装置

(1)“单相机+多摄站”采集模式，其系统成本低，只需要1个测量相机，在热真空环境下需要配备专门的运动机构，实现对稳态条件下热变形测量，测量周期较长，通过多个摄站可以减少遮挡对测量效果影响，适用于天线、太阳帆等规则结构，典型应用主要有德国工业设备管理集团(IABG)天线热变形测量系统和日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)对“WINDS”卫星主反射面天线热变形测量。(2)“多相机+固定摄站”采集模式所需配套的工装较为简单，只需要配套相机固定机构即可，其复杂性低于运动机构，但需要多个相机，系统成本较高，可以实现稳态和瞬态热变形测量，测量周期较短，容易受遮挡影响测量效果，适用于天线、太阳帆等规则结构，典型应用包括美国航空航天局(NASA)对5 m天线、10 m和20 m太阳帆在真空低温环境下测量[4]，以及北京511所天线变形测量系统[5]。

而旋转式运动机构中相机通常布置在一个悬臂上，悬臂绕某点旋转，带动相机完成一个圆周运动，该类运动机构的典型代表是NASA对“詹姆斯·韦伯”望远镜(JWST)热变形试验中使用的运动机构，如图4所示。在JWST研制的不同阶段，NASA先后在戈达德空间飞行中心(GSFC)和约翰逊空间中心(JSC)的A容器完成了集成有效载荷平台(ISIM)热变形试验(图4左图所示)和JWST全系统低温试验(图4右图所示)。此外，德国IABG在对直径5 m口径天线也曾采用了类似旋转方式[8]，但由于天线结构简单，试验过程中只需使用1个相机。图4 在“詹姆斯·韦伯”望远镜的热变形试验中使用的不同运动机构

【参考文献】：
期刊论文
[1]热环境下的结构动力学特性优化[J]. 薛红军,张勇,张晓燕.  机械强度. 2015(01)
[2]飞行器结构在自然环境激励下损伤检测的研究[J]. 祝俊,陈换过,陈文华,吴飞,陈建华.  机械强度. 2014(05)
[3]真空低温环境用高精度CCD摄影测量系统[J]. 蒋山平,杨林华,于江.  航天器环境工程. 2010(03)
[4]基于数字近景摄影测量的天线变形测量[J]. 于江,蒋山平,杨林华.  航天器环境工程. 2008(01)



本文编号：3601468