羽流力-力矩測量系統(tǒng)在線標定研究.pdf

1、我國探月工程在嫦娥三號任務(wù)圓滿成功后，全面進入“繞、落、回”三步走發(fā)展的第三期，即采樣返回。返回器從月面發(fā)射時產(chǎn)生真空羽流，羽流撞擊航天器表面，產(chǎn)生的擾動力和力矩會影響航天器姿態(tài)控制。北京航天試驗技術(shù)研究所針對嫦娥五號空間飛行器進行全尺寸羽流導(dǎo)流綜合驗證試驗，試驗首次使用基于壓電效應(yīng)開發(fā)的羽流力/力矩測量系統(tǒng)，測量羽流試驗中六維力輸出情況。實現(xiàn)羽流力/力矩測量系統(tǒng)的在線標定是保證試驗測量數(shù)據(jù)準確可靠的基礎(chǔ)，對羽流力熱效應(yīng)分析，提高航天器

2、姿態(tài)控制精度和穩(wěn)定度都具有重要意義。
　　本文以羽流力/力矩測量系統(tǒng)在線標定為研究對象。針對測量系統(tǒng)實現(xiàn)在線標定、遠程加載、空間受限等難點，從標定方法、理論分析和實驗研究等方面，對羽流力/力矩測量系統(tǒng)在線標定進行深入分析，提出相應(yīng)解決方案，并研制出羽流力/力矩測量系統(tǒng)在線標定平臺。
　　首先介紹羽流力/力矩測量系統(tǒng)組成和壓電式六維力傳感器測量原理。在分析羽流力/力矩測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出在線標定要求并分析難點。建立六維力

3、在線標定加載模型和力學(xué)模型，詳細闡述六維力各分量標定時傳感器理論輸出情況。
　　其次針對立式結(jié)構(gòu)羽流力/力矩測量系統(tǒng)，選擇液壓力源配合標準力傳感器的加載方式，設(shè)計具備遠程操作、在線標定、實時校準功能的標定平臺。軸向力加載采用力源在上端，拉桿在下端的標定方案;側(cè)向力標定裝置采用4個力源加載器正交布置方案。導(dǎo)軌滑塊機構(gòu)和導(dǎo)向柱絲杠機構(gòu)使液壓缸分別在豎直平面和水平平面內(nèi)實現(xiàn)無級移動，通過改變加載點位置分別進行力、力矩標定。設(shè)計密封結(jié)構(gòu)和

4、液壓控制方式，滿足多力源穩(wěn)定加載要求。
　　最后分別從零部件尺寸形位公差，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)剛度和加載點偏移三個方面分析在線標定平臺加載偏差導(dǎo)致的最大干擾輸出。利用在線標定平臺對壓電傳感器和整個測試系統(tǒng)進行靜態(tài)標定，通過與實驗室標定進行對比，驗證在線標定精度和可靠性。結(jié)果表明，在線標定與實驗室標定其線性、重復(fù)性指標均在1.5％以內(nèi)，滿足測量系統(tǒng)技術(shù)要求，在線標定平臺具備較好的加載精度。在線標定和實驗室標定各分量線性擬合直線斜率偏差在2.5％