1、北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院中期檢查報告中期檢查報告真空羽流試驗模型幾何測量與誤差校準真空羽流試驗模型幾何測量與誤差校準學號：學號：ZY1115113ZY1115113學學 生：生： 侯曉林侯曉林 導導 師：師： 張建華張建華 班班 級：級： ZY11151 ZY11151 北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院目錄目錄 本課題研究意義 本文的總體研究目標和主要研究內容 本課題研究計劃進度表 擬采取的研究路線 已完成工作介紹 學分完成及論文發表情況 下一步計劃和工作北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院本課題研究意義本課題研究意義獲取發動機真空羽流

2、及其效應的有效數據是開展地面模擬羽流試驗的目的，而得到高精度的試驗數據，首先需要保證發動機與試驗模型之間的幾何位置與設計位置保持一致。然而，由于真空羽流試驗中發動機與試驗件常為不規則形狀，安裝緊湊而又難以精確測量，試驗對其空間幾何的精度要求又高，試驗過程中幾何位置又無法調整，所以對發動機和試驗件及其之間的相對幾何位置加以精確測量并校準尤為重要。北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院 本文的總體研究目標和主要研究內容本文的總體研究目標和主要研究內容分析人員進出艙對測量的影響。對試驗臺架進行誤差分析，給出測量的誤差校正模型。搭建發動機試驗件對中測量系統。針對測量系統開展小實驗，并與仿真

3、結果進行對比，標定測量系統誤差。制定規范的試驗前對中測量時序，標準化、規范化。 本研究，旨在通過誤差分析和誤差校準模型的構建，補償原理性誤差；通過搭建對中測量系統，來達到縮短試驗準備時間，提高試驗效率，減小實驗成本，獲取更加準確實驗數據的目的。北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院 本課題研究計劃進度表本課題研究計劃進度表北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院 本課題研究計劃進度表本課題研究計劃進度表北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院擬采取路線擬采取路線北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院已完成工作已完成工作5.1艙內羽流試驗臺架位移誤差分

4、析北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院 羽流試驗臺架模型簡化羽流試驗臺架模型簡化北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院羽流試驗臺架簡化模型的結構變形分析羽流試驗臺架簡化模型的結構變形分析雙邊施加重力載荷雙邊施加重力載荷結構變形云圖結構變形云圖北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院羽流試驗臺架簡化模型的結構變形分析羽流試驗臺架簡化模型的結構變形分析單單邊施加重力載荷邊施加重力載荷結構變形云圖結構變形云圖北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院羽流試驗臺架簡化模型的結構變形分析羽流試驗臺架簡化模型的結構變形分析分析結果如下表：通過以上云圖和圖表數據比

5、較可知： 進艙工作人員因雙側站立導致試驗臺架的結構變形比單側站立小得多； 艙內因人體重力因素導致的變形，在豎直方向上更為明顯； 人體重力因素對試驗臺架的變形最大也不過0.114e-2mm，在試驗精度不高于0.1mm的情況下，可以忽略人體重力因素對試驗的影響；北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院5.2發動機模型對中原理研究發動機模型對中原理研究 發動機試驗件對中就是對發動機試驗件和羽流參數測量裝置的相對幾何位置加以精確測量并校準的過程。試驗時發動機試驗件安裝在光學平臺上，羽流參數測量裝置安裝在三維移動機構上，試驗過程中光學平臺固定不動，三維移動機構隨工況移動，通過三維移動機構的移動

6、，確定羽流參數測量裝置與發動機模型的相對位姿。考慮到發動機試驗件相對羽流參數測量裝置的位姿安裝誤差和不同工況下羽流參數測量裝置移動前后的位姿誤差，微小的位姿誤差會帶來大的羽流參數測量誤差，誤差計算和補償是必不可少的。 需要確定的幾個測量條件：三維移動機構Z軸豎直放置；三位移動機構三個軸兩兩垂直，并固定牢靠；光學平臺水平。這樣可以將測量模型簡化，方便分析計算。北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院發動機位姿校正模型發動機位姿校正模型 發動機安裝后，首先需要校正發動機模型的位姿，通過調整發動機試驗件的俯仰與偏航，保證發動機試驗件軸線與三維移動機構y軸平行，這樣，羽流測量裝置沿y軸方向移

7、動過程中，數據點不會漂移，能夠準確實現各個工況物理量的測量。北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院發動機位姿校正模型發動機位姿校正模型122122x122|arctan|arctan|tanarcssFOssFOssOFyyx北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院羽流參數測量裝置相對三維羽流參數測量裝置相對三維T軸中心偏距和軸中心偏距和y向距離向距離的校正模型的校正模型解方程組得：21211y121211y1tantancos1cos1tantancos1cos1tantancos1cos1cos1cos1tantaniiiiiiiiixiiiiiiiiiixisals

8、adtancos1cos1tanyyixiixisalsad當i0，i+1時北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院不同工況間位移誤差補償校正模型不同工況間位移誤差補償校正模型北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院不同工況間位移誤差補償校正模型不同工況間位移誤差補償校正模型 dldldylldldxOOOOarctansinarctancos2222 ldldldyldldldxiiOOiiiiOOiiarctansinarctansinarctancosarctancos1221,1221, cos1sinsincos1dlydlxBBBB iiiiBBiiiiiiBB

9、iidlydlxcoscossinsinsinsincoscos111,111,北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學院學分完成及論文發表情況學分完成及論文發表情況學分完成情況學分完成情況論文發表情況論文發表情況 侯曉林侯曉林,張建華,王文龍,蔡國飆，大型羽流試驗艙設計及有限元分析J. 北京航空航天大學第九屆研究生學術論壇, 2012: 第201-213頁.（已發表） 侯曉林侯曉林，張建華，凌桂龍，賀碧蛟，蔡國飆，真空羽流效應試驗中火箭發動機模型的幾何測量誤差校準分析研究C.中國宇航學會固體火箭推進專業委員會第三十屆學術年會暨中國航天第三專業信息網第三十四屆信息交流會/北京航空航天大學第十屆研究生學術論壇（已投稿）北京航空航天大學北京航空航天大學 宇航學院宇航學