高冲击试验测试装置及校准技术研究

研制出Hopkinson杆（霍普金森杆）高冲击加载装置,搭建起高冲击测试校准系统,基于LabVIEW和Matlab软件开发环境,编写系统控制程序,数据分析与处理程序,以高冲击MEMS加速度传感器为被测对象,开展冲击测试与校准技术研究,解算出传感器冲击灵敏度和频率响应指标。试验结果表明：利用该试验测试装置对冲击传感器进行测试校准,满足传感器主要静态指标测试要求;对传感器频响指标进行测试校准,得到传感器幅频特性和相频特性曲线,满足传感器动态特性测试要求。该Hopkinson杆冲击试验测试校准装置及测控系统能够实现冲击加速度传感器主要静态特性和动态特特指标的测试校准要求,平均灵敏度为0.657 548 μV/g,不确定度优于4%,幅值线性度偏差≤±5%的工作频带为12.5 kHz。本研究对高冲击试验测试的应用提供一定借鉴和参考。     

灵敏度温度自补偿薄膜压力传感器的研制

溅射薄膜压力传感器具有长期稳定性好、耐高温等优点,但是由于受弹性体材料自身特性的影响,传感器的灵敏度温度误差大,大约在1.5×10-4~2×10-4/F.S℃,是导致传感器测量误差大的原因之一。在弹性体上设计加工灵敏度温度补偿电阻,使应变电阻和灵敏度温度误差补偿电阻可以在同一时间感受温度,比在后续电路上进行温度补偿,温度响应快。对灵敏度温度自补偿压力敏感元件进行设计与研制。实测结果表明,采用灵敏度温度自补偿工艺技术的敏感元件,灵敏度温度误差较小,可以控制在0.25×10-4/F.S℃以下,传感器的温度性能得到了提高。     

火星盘缝带伞超声速风洞试验结果分析

为了研究盘缝带(DGB)伞在超声速条件下的阻力特性、摆动角以及伞绳载荷分布的不均匀性,在FD 12风洞中开展了盘缝带伞的阻力特性风洞试验,并通过安装柔性传感器测量了伞绳所受载荷。试验结果表明,在Ma1.50到Ma2.50来流条件下,盘缝带伞的阻力系数随着马赫数的增大先增加后减小,在Ma1.75时达到最大,为0.60,而最大摆动角则是先减小后增大,在Ma2.00时摆动角最小,为7.4°,传感器的安装对降落伞风洞试验结果影响很小。通过柔性传感器的标定和误差分析,获取了伞绳载荷数据,结果显示不同伞绳所受拉力的比值可达到1.98。且传感器数据与风洞天平的测量降落伞总载荷结果吻合,进一步验证了柔性传感器结果的正确性。     

脉冲调制输出的CMOS集成硅气体流量传感器

现已研制成功一种具有脉冲调制输出的单片集成热式气体流量传感器,其输出脉冲宽度比和流速有关。制造这种传感器时,除使用EDP各向异性刻蚀剂制作传感器外形之外,其余均采用标准的CMOS工艺。传感器的加热部分和非加热部分之间用聚酰亚胺隔热。传感器具有内部气体温度补偿装置。在2～30m/s流速范围内,传感器的灵敏度为0.03m/s。按传感器的设计。本传感器也适合于双线式结构形式     

传感器安装对爆炸冲击测试结果影响的试验研究

为了找到爆炸冲击测试结果精确度的影响因素,利用轻气炮冲击试验装置作为冲击源,设计了专用对比工装,模拟安装过程中的实际操作因素的影响程度。以压阻式传感器为研究对象,以激光多普勒测振仪校准结果为基准,对比耦合剂种类、连接螺栓规格、表面粗糙度、安装力矩以及传感器安装数量等因素对测试结果的影响。结果表明前4种因素对冲击测试的影响较小,均在3 dB的容差范围以内;而传感器安装数量和与被测对象的连接方式对冲击测试结果影响较大。     

半导体热敏电阻测温传感器分析

介绍了半导体热敏电阻测量传感器的结构，特性，线性化方法，讨论了敏感元件的性能。指出了由于线路的工作电流大，产生自发热现象引起的测温误差，从理论上推导了测温线路的灵敏度和误差源。     

微惯性测量组合安装误差标定方法研究

微惯性测量组合是由MEMS惯性传感器组成的新型惯性测量系统,其测量精度除受各惯性传感器测量精度的影响之外,还受到微惯性测量组合安装误差的影响。通过分析MIMU安装误差模型,针对在使用微惯性测量组合惯性输出对组合安装误差标定过程中遇到的实际问题,提出了确实可行的解决办法。     

航天器流体回路工质与材料相容性试验研究

文章针对航天器流体回路工质与材料相容性的研究需求,对材料与工质全氟三乙胺的相容性进行试验分析,系统表征了试验前后工质的外观、酸值、馏出物体积分数、运动黏度、主成分含量等特性,同时测试了金属材料试验前后的质量变化、腐蚀速率、微观形貌,以及非金属材料试验前后的力学性能、质量变化,对测试结果进行了综合分析。结果表明铝合金5A06、7A04、1035以及不锈钢316L、钛合金TC11、聚酰亚胺/二硫化钼/聚四氟乙烯模压复合材料、氮化硅与工质全氟三乙胺为I级相容,可为航天器流体回路相容性设计与使用提供参考。     

基于双量程推力传感器的精确测力技术

针对双量程推力传感器在使用中测试精度低的问题,结合传感器固有特性,开展了传感器动态特性分析及误差补偿方法的研究。通过有限元分析和力锤冲击试验,结合结构分析获得了双量程力传感器等效二自由度和三自由度动力学模型。利用近似求积数值法对冲击力试验输出信号进行补偿,获得了接近标准信号的测试结果,对该补偿方法进行了有效性验证。结果显示:本方法对发动机试验的推力信号进行了补偿,推动了单室双推力发动机推力的精确测量,为双推力发动机的推力测试提供了有效途径。     

真空紫外辐照对聚酰亚胺结构与性能的影响

聚合物材料在真空紫外环境下出气逸出可造成分子污染。对聚酰亚胺薄膜进行真空紫外辐照试验,利用污染凝结效应试验设备测试辐照前后薄膜的质量损失,并通过SEM及XPS观察分析辐照前后薄膜的表面形貌、表面化学结构与成分变化。结果表明:真空紫外辐照可引起聚酰亚胺质量损失增加,且随辐照时间增加,质量损失逐渐趋于饱和;辐照后,样品表面形貌未发生明显变化;材料表面的C–O含量增加,且随辐照时间增加继续略微增长;C=O含量降低,且随辐照时间增加而继续降低。     

泡沫铝隔冲器设计及其对卫星可展开附件收拢状态力学特性的影响

文章针对泡沫铝隔冲器可能降低卫星可展开附件收拢状态的模态频率及放大振动响应等问题,首次提出一种基于表层填充J-133常温胶的开孔泡沫铝块的扁平式隔冲器,以某可展开数传天线为例开展泡沫铝隔冲器设计与分析,并进行了模态试验和振动试验验证。试验结果表明:所设计的泡沫铝隔冲器使可展开附件收拢状态前三阶模态频率降低不到2.5 Hz,而振动响应平均降低约30%。     

泡沫铝板弯曲振动特性数值研究

泡沫铝作为一种新型轻质高强度材料,是通过气泡层形成的多孔金属材料。文章结合泡沫铝的结构特点,以Timoshenko梁理论为基础,建立了泡沫铝板弯曲振动的理论模型,求解得到了泡沫铝板弯曲振动频率与振幅变化曲线,并通过有限元仿真验证了理论分析结果。通过求解泡沫铝板的频率特性确认了载人航天器使用的泡沫铝板的频率远离舱体基础频率,满足航天总装使用要求。最后,对比分析了泡沫铝材料弹性模量及密度的变化对泡沫铝弯曲振动基频的影响。随着泡沫铝弹性模量的增加,泡沫铝板的基频逐渐增加;随着密度的增加,泡沫铝板的基频逐渐变小。因此,可以通过改变泡沫铝的材料参数得到不同频率特性的泡沫铝,以满足航天器不同总装工况的使用要求。     

Al/Mg阻抗梯度材料超高速撞击机理数值仿真研究

文章采用数值仿真方法研究了Al/Mg阻抗梯度材料在超高速撞击下的响应过程,分析了冲击波在阻抗梯度材料中的传播规律,计算了撞击过程中的能量耗散情况,并与弹丸撞击铝合金靶的结果进行了比较。研究结果表明,相对于铝合金材料,Al/Mg阻抗梯度材料：1）延长了冲击波的传播时间,使峰值压力脉冲的比冲量提升了30%～50%;2）提高了塑性功和内能转化量,使不可逆功增加了10%。由此证明阻抗梯度材料的防护性能优于铝合金。     

捷联惯导/星敏感器组合系统的在轨自标定方法研究

研究了捷联惯导/星敏感器组合系统中对陀螺仪和星敏感器进行在轨自标定的方法。分析捷联惯导系统和星敏感器的误差源,对陀螺仪随机漂移和星敏感器安装误差进行建模并列入系统状态,建立系统状态方程;利用捷联惯导输出的载体位置、姿态与星敏感器输出的姿态矩阵来构造量测,建立量测方程。设计卡尔曼滤波算法,经过滤波计算获得陀螺仪随机常值漂移和星敏感器安装误差的估计值,从而实现组合系统的在轨自标定。仿真结果表明,基于卡尔曼滤波的在轨自标定方法能够标定出85%以上的陀螺仪随机常值漂移和95%以上的星敏感器安装误差。     

脉冲TIG焊参数对铝合金焊缝组织与性能的影响

通过采用脉冲变极性TIG焊接方法对1.5 mm厚的5A06铝合金和L3纯铝以及3 mm厚的5A06铝合金和5A06铝合金试板进行焊接试验,研究了在其它两个条件不变的情况下脉冲频率、基值电流和占空比分别对焊缝组织与力学性能的影响规律。研究结果表明:当脉冲频率为100 Hz,基值电流为峰值电流的10%～33%,占空比为50%～66%时,焊缝具有良好的组织和力学性能。     

冲击测试动响应高速视觉测量方法

获取测试目标的动态响应参数是航天器产品冲击测试中的关键内容,传统接触式传感器方法存在安装困难、监测维度单一、难以适应复杂测试环境等缺点。提出了一种用于获取冲击测试动响应的高速视觉测量方法,利用双目视觉原理获取测试对象的三维运动轨迹,并在此基础上解析测试过程中的冲击响应参数。该方法在空气炮冲击测试试验中获取的冲击响应谱曲线与加速度计的测量结果一致,识别结果相对偏差优于10%,表明高速视觉测量方法在航天器冲击测试中具有良好的应用潜力。     

电子束辐照下铝合金靶中热击波传播规律研究

文章研究了电子束辐照下铝合金靶中热击波的传播与衰减规律。首先给出了基于半径回归法的铝合金本构模型,并给出了将其应用于数值模拟的计算流程。然后,利用该模型以及自主编写的计算软件DRAM1D,模拟了脉冲电子束辐照铝合金的热击波效应。将计算结果与采用理想弹塑性本构模型得到的结果以及实验结果进行了比较,结果表明,相比于理想弹塑性本构模型,基于半径回归法的铝合金本构模型所得到的热击波衰减相对较快,与电子束辐照铝合金的实验结果符合较好,更适合于描述铝合金靶材中的热击波传播。     

分体式主动像元星敏感器高温度稳定度热设计及在轨验证

星敏感器是航天器姿态控制和天文导航系统的重要组成部分。遥感卫星在轨运行时,须降低其星敏感器温度波动,减小热环境变化带来的星敏感器光轴指向偏差,以提高卫星的姿态控制精度。文章以某太阳同步轨道卫星为例,采用常规热控措施实现分体式主动像元星敏感器安装法兰及支架高温度稳定度（T±2 ℃）的热设计,并在轨实施取得满意效果,可为后续分体式星敏感器热设计提供参考。     

Multiple model Kalman filter for attitude determination of precision pointing spacecraft

This paper proposes a novel multiple model estimator for the satellite attitude determination system composed of gyroscopes and star sensors. The main objective is to calibrate the low frequency error of the star sensor and improve the attitude determination accuracy. In the proposed approach, first, the specific frequencies of the low frequency error is extracted according to the frequency spectrum of the estimate of the gyroscope drift obtained from a standard Kalman filter; then, a bank of Kalman filters based on multiple models is implemented to identify the amplitudes of the error signals with the specific frequencies, such that a reference model is obtained to compensate for the effects of the low frequency error. Simulation results indicate that the proposed approach outperforms the existing calibration approach based on the state augmentation technique.