二級輕氣炮超高速撞擊實驗測控系統(tǒng)研究.pdf

1、空間碎片對在軌航天器安全運行的威脅問題，已經(jīng)日益嚴(yán)重，為了提高航天器對危險空間碎片的抗撞擊能力，并且進(jìn)行風(fēng)險評估，需要在地面進(jìn)行一系列的超高速撞擊模擬實驗來驗證防護(hù)設(shè)計方案并且為其提供可靠的數(shù)據(jù)。
　　二級輕氣炮可以發(fā)射各種形狀的彈丸，而且對彈丸質(zhì)量、尺寸和材料有較寬的適應(yīng)范圍，對同一速度的可重復(fù)性好，是目前超高速彈丸驅(qū)動中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一。在二級輕氣炮超高速加載實驗中，彈丸飛行速度的測量一直是實驗的重點和難點，它決定著實驗結(jié)

2、果的可靠性；同時近距離的超高速撞擊實驗操作也存在著一定的危險，本文以哈爾濱工業(yè)大學(xué)空間碎片高速撞擊研究中心的二級輕氣炮實驗系統(tǒng)為研究對象，結(jié)合現(xiàn)代傳感器技術(shù)和計算機(jī)控制技術(shù)，針對彈丸的速度測量和輕氣炮的自動控制展開研究。
　　首先，闡述了國內(nèi)外空間碎片防護(hù)的研究現(xiàn)狀以及氣體炮幾種常用的測速方法，分析了各個方法的優(yōu)缺點，簡單介紹了二級輕氣炮的工作原理。
　　其次，分析了現(xiàn)有的二級輕氣炮控制系統(tǒng)，闡述了控制柜顯示模塊設(shè)計思想，設(shè)

3、計了一套獨立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可在二級輕氣炮手動工作模式和自動控制模式下工作，并且介紹了二級輕氣炮控制軟件的開發(fā)流程。
　　最后，提出了二級輕氣炮激光測速系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，設(shè)計了測速平臺、發(fā)光檢測電路、測速電路，并詳細(xì)分析了各電路的基本原理。在二級輕氣炮實驗中對鋁球彈丸進(jìn)行了一系列測試，驗證了測速系統(tǒng)的可靠性，得出了彈丸測速的規(guī)律和特點。分析了實驗環(huán)境對彈丸測速的影響，以及測速系統(tǒng)的誤差和不確定度。通過大量的實驗驗證，整個測速系統(tǒng)