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(tái)的在軌運(yùn)行性能。為改進(jìn)空間結(jié)構(gòu)在軌環(huán)境下的尺寸變形測(cè)量與驗(yàn)證方法,開(kāi)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(yàn)方法研究。在對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)試驗(yàn)方法與測(cè)量系統(tǒng)典型案例分析的基礎(chǔ)上,基于工業(yè)攝影測(cè)量原理提出了單相機(jī)+多攝站測(cè)量方式的試驗(yàn)方案,并研制了相機(jī)保護(hù)系統(tǒng)和相機(jī)二維運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu),相機(jī)在真空熱環(huán)境下通過(guò)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的弧形導(dǎo)軌可以在一個(gè)弧面內(nèi)二維運(yùn)動(dòng)進(jìn)行不同角度圖像拍攝,用來(lái)滿足多攝站的測(cè)量需求;隨后針對(duì)真空熱環(huán)境下測(cè)量,分析了相機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的光學(xué)窗口對(duì)測(cè)量相機(jī)標(biāo)定結(jié)果的影響,通過(guò)仿真與試驗(yàn)驗(yàn)證了相機(jī)拍攝景深、圓形標(biāo)志點(diǎn)對(duì)比度和比例因子對(duì)測(cè)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(biāo)志點(diǎn)圖像中優(yōu)選最佳的圓心提取和識(shí)別結(jié)果進(jìn)行融合計(jì)算,來(lái)保證獲取較好的對(duì)比度和亮度圖像。最后結(jié)合典型試驗(yàn)件對(duì)提出的真空熱環(huán)境下結(jié)構(gòu)熱變形測(cè)量方法進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證,試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到0. 043 mm的測(cè)量精度,表明該方法可以有效滿足未來(lái)航天器空間結(jié)構(gòu)熱變形的測(cè)量需要。 

【文章來(lái)源】：機(jī)械強(qiáng)度. 2020,42(02)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

V-STARS系統(tǒng)及其相機(jī)保護(hù)裝置

(1)“單相機(jī)+多攝站”采集模式，其系統(tǒng)成本低，只需要1個(gè)測(cè)量相機(jī)，在熱真空環(huán)境下需要配備專(zhuān)門(mén)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)穩(wěn)態(tài)條件下熱變形測(cè)量，測(cè)量周期較長(zhǎng)，通過(guò)多個(gè)攝站可以減少遮擋對(duì)測(cè)量效果影響，適用于天線、太陽(yáng)帆等規(guī)則結(jié)構(gòu)，典型應(yīng)用主要有德國(guó)工業(yè)設(shè)備管理集團(tuán)(IABG)天線熱變形測(cè)量系統(tǒng)和日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)對(duì)“WINDS”衛(wèi)星主反射面天線熱變形測(cè)量。(2)“多相機(jī)+固定攝站”采集模式所需配套的工裝較為簡(jiǎn)單，只需要配套相機(jī)固定機(jī)構(gòu)即可，其復(fù)雜性低于運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，但需要多個(gè)相機(jī)，系統(tǒng)成本較高，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱變形測(cè)量，測(cè)量周期較短，容易受遮擋影響測(cè)量效果，適用于天線、太陽(yáng)帆等規(guī)則結(jié)構(gòu)，典型應(yīng)用包括美國(guó)航空航天局(NASA)對(duì)5 m天線、10 m和20 m太陽(yáng)帆在真空低溫環(huán)境下測(cè)量[4]，以及北京511所天線變形測(cè)量系統(tǒng)[5]。

而旋轉(zhuǎn)式運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中相機(jī)通常布置在一個(gè)懸臂上，懸臂繞某點(diǎn)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)相機(jī)完成一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)，該類(lèi)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的典型代表是NASA對(duì)“詹姆斯·韋伯”望遠(yuǎn)鏡(JWST)熱變形試驗(yàn)中使用的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，如圖4所示。在JWST研制的不同階段，NASA先后在戈達(dá)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(tái)(ISIM)熱變形試驗(yàn)(圖4左圖所示)和JWST全系統(tǒng)低溫試驗(yàn)(圖4右圖所示)。此外，德國(guó)IABG在對(duì)直徑5 m口徑天線也曾采用了類(lèi)似旋轉(zhuǎn)方式[8]，但由于天線結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，試驗(yàn)過(guò)程中只需使用1個(gè)相機(jī)。圖4 在“詹姆斯·韋伯”望遠(yuǎn)鏡的熱變形試驗(yàn)中使用的不同運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]熱環(huán)境下的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性優(yōu)化[J]. 薛紅軍,張勇,張曉燕.  機(jī)械強(qiáng)度. 2015(01)
[2]飛行器結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境激勵(lì)下?lián)p傷檢測(cè)的研究[J]. 祝俊,陳換過(guò),陳文華,吳飛,陳建華.  機(jī)械強(qiáng)度. 2014(05)
[3]真空低溫環(huán)境用高精度CCD攝影測(cè)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(cè)量的天線變形測(cè)量[J]. 于江,蔣山平,楊林華.  航天器環(huán)境工程. 2008(01)



本文編號(hào)：3601468