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)射時產生真空羽流，羽流撞擊航天器表面，產生的擾動力和力矩會影響航天器姿態(tài)控制。北京航天試驗技術研究所針對嫦娥五號空間飛行器進行全尺寸羽流導流綜合驗證試驗，試驗首次使用基于壓電效應開發(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。實現羽流力/力矩測量系統(tǒng)的在線標定是保證試驗測量數據準確可靠的基礎，對羽流力熱效應分析，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)結構的基礎上，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。
　　其次針對立式結構羽流力/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;側向力標定裝置采用4個力源加載器正交布置方案。導軌滑塊機構和導向柱絲杠機構使液壓缸分別在豎直平面和水平平面內實現無級移動，通過改變加載點位置分別進行力、力矩標定。設計密封結構和

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)結構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。結果表明，在線標定與實驗室標定其線性、重復性指標均在1.5％以內，滿足測量系統(tǒng)技術要求，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％