航天器空間結構的尺寸穩(wěn)定性直接關系到航天器有效載荷和平臺的在軌運行性能。為改進空間結構在軌環(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)境下的結構熱變形試驗方法研究。在對國內外相關試驗方法與測量系統(tǒng)典型案例分析的基礎上,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,相機在真空熱環(huán)境下通過運動機構的弧形導軌可以在一個弧面內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)的光學窗口對測量相機標定結果的影響,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。最后結合典型試驗件對提出的真空熱環(huán)境下結構熱變形測量方法進行了試驗驗證,試驗結果達到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構熱變形的測量需要。 

【文章來源】：機械強度. 2020,42(02)北大核心CSCD

【文章頁數】：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，實現對穩(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)則結構，典型應用主要有德國工業(yè)設備管理集團(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(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即可，其復雜性低于運動機構，但需要多個相機，系統(tǒng)成本較高，可以實現穩(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)則結構，典型應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]。

而旋轉式運動機構中相機通常布置在一個懸臂上，懸臂繞某點旋轉，帶動相機完成一個圓周運動，該類運動機構的典型代表是NASA對“詹姆斯·韋伯”望遠鏡(JWST)熱變形試驗中使用的運動機構，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方式[8]，但由于天線結構簡單，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

【參考文獻】：
期刊論文
[1]熱環(huán)境下的結構動力學特性優(yōu)化[J]. 薛紅軍,張勇,張曉燕.  機械強度. 2015(01)
[2]飛行器結構在自然環(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