航天器空間結(jié)構(gòu)的尺寸穩(wěn)定性直接關(guān)系到航天器有效載荷和平臺的在軌運行性能。為改進空間結(jié)構(gòu)在軌環(huán)境下的尺寸變形測量與驗證方法,開展了地面模擬在軌真空熱環(huán)境下的結(jié)構(gòu)熱變形試驗方法研究。在對國內(nèi)外相關(guān)試驗方法與測量系統(tǒng)典型案例分析的基礎(chǔ)上,基于工業(yè)攝影測量原理提出了單相機+多攝站測量方式的試驗方案,并研制了相機保護系統(tǒng)和相機二維運動機構(gòu),相機在真空熱環(huán)境下通過運動機構(gòu)的弧形導(dǎo)軌可以在一個弧面內(nèi)二維運動進行不同角度圖像拍攝,用來滿足多攝站的測量需求;隨后針對真空熱環(huán)境下測量,分析了相機保護系統(tǒng)的光學(xué)窗口對測量相機標定結(jié)果的影響,通過仿真與試驗驗證了相機拍攝景深、圓形標志點對比度和比例因子對測量精度的影響,并提出了采集多曝光圖像處理方法,從不同曝光下拍攝的圓形標志點圖像中優(yōu)選最佳的圓心提取和識別結(jié)果進行融合計算,來保證獲取較好的對比度和亮度圖像。最后結(jié)合典型試驗件對提出的真空熱環(huán)境下結(jié)構(gòu)熱變形測量方法進行了試驗驗證,試驗結(jié)果達到0. 043 mm的測量精度,表明該方法可以有效滿足未來航天器空間結(jié)構(gòu)熱變形的測量需要。 

【文章來源】：機械強度. 2020,42(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

V-STARS系統(tǒng)及其相機保護裝置

(1)“單相機+多攝站”采集模式，其系統(tǒng)成本低，只需要1個測量相機，在熱真空環(huán)境下需要配備專門的運動機構(gòu)，實現(xiàn)對穩(wěn)態(tài)條件下熱變形測量，測量周期較長，通過多個攝站可以減少遮擋對測量效果影響，適用于天線、太陽帆等規(guī)則結(jié)構(gòu)，典型應(yīng)用主要有德國工業(yè)設(shè)備管理集團(IABG)天線熱變形測量系統(tǒng)和日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)(JAXA)對“WINDS”衛(wèi)星主反射面天線熱變形測量。(2)“多相機+固定攝站”采集模式所需配套的工裝較為簡單，只需要配套相機固定機構(gòu)即可，其復(fù)雜性低于運動機構(gòu)，但需要多個相機，系統(tǒng)成本較高，可以實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱變形測量，測量周期較短，容易受遮擋影響測量效果，適用于天線、太陽帆等規(guī)則結(jié)構(gòu)，典型應(yīng)用包括美國航空航天局(NASA)對5 m天線、10 m和20 m太陽帆在真空低溫環(huán)境下測量[4]，以及北京511所天線變形測量系統(tǒng)[5]。

而旋轉(zhuǎn)式運動機構(gòu)中相機通常布置在一個懸臂上，懸臂繞某點旋轉(zhuǎn)，帶動相機完成一個圓周運動，該類運動機構(gòu)的典型代表是NASA對“詹姆斯·韋伯”望遠鏡(JWST)熱變形試驗中使用的運動機構(gòu)，如圖4所示。在JWST研制的不同階段，NASA先后在戈達德空間飛行中心(GSFC)和約翰遜空間中心(JSC)的A容器完成了集成有效載荷平臺(ISIM)熱變形試驗(圖4左圖所示)和JWST全系統(tǒng)低溫試驗(圖4右圖所示)。此外，德國IABG在對直徑5 m口徑天線也曾采用了類似旋轉(zhuǎn)方式[8]，但由于天線結(jié)構(gòu)簡單，試驗過程中只需使用1個相機。圖4 在“詹姆斯·韋伯”望遠鏡的熱變形試驗中使用的不同運動機構(gòu)

【參考文獻】：
期刊論文
[1]熱環(huán)境下的結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性優(yōu)化[J]. 薛紅軍,張勇,張曉燕.  機械強度. 2015(01)
[2]飛行器結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境激勵下?lián)p傷檢測的研究[J]. �？�,陳換過,陳文華,吳飛,陳建華.  機械強度. 2014(05)
[3]真空低溫環(huán)境用高精度CCD攝影測量系統(tǒng)[J]. 蔣山平,楊林華,于江.  航天器環(huán)境工程. 2010(03)
[4]基于數(shù)字近景攝影測量的天線變形測量[J]. 于江,蔣山平,楊林華.  航天器環(huán)境工程. 2008(01)



本文編號：3601468