【摘 要】
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近年来,航空航天事业突飞猛进,众多的航天器发射成功。对于这些航天器在空中的变轨、交会对接等的控制,需要姿轨控发动机产生推力来完成,因此姿轨控火箭发动机在现代空间飞行器中起着非常重要的作用。火箭发动机在点火时产生的推力是一个空间力矢量,作用力方向一般偏离发动机喷管几何中心线,推力矢量可用推力偏移δ,推力偏斜角α等参数来描述,需要对推力矢量参数进行测量,同时对测量的不确定度提出了具体要求。目前对推力矢
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近年来,航空航天事业突飞猛进,众多的航天器发射成功。对于这些航天器在空中的变轨、交会对接等的控制,需要姿轨控发动机产生推力来完成,因此姿轨控火箭发动机在现代空间飞行器中起着非常重要的作用。火箭发动机在点火时产生的推力是一个空间力矢量,作用力方向一般偏离发动机喷管几何中心线,推力矢量可用推力偏移δ,推力偏斜角α等参数来描述,需要对推力矢量参数进行测量,同时对测量的不确定度提出了具体要求。目前对推力矢量测量的不确定度评定一直采用的是标准JJF 1059.1-2012中的GUM法(Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement,GUM),但是存在输入量和输出量的概率分布假设、非线性模型近似以及包含区间不准确等问题,有一定的局限性,本文就液体火箭发动机试验领域提出了一种新的小样本不确定度评定方法—基于最大熵原理的蒙特卡洛法不确定度评定方法,应用在推力矢量测量。论文主要做了下面几个方面的工作:通过建立推力矢量测量的不确定度测量模型、不确定度分析模型、不确定度高阶传播模型以及不确定度评定模型,对不确定度评定的模型化进行研究;应用GUM法对现有的推力矢量测量系统评定不确定度,量化GUM法由于不考虑高阶项和相关项的误差,发现不确定度下降了24%,说明高阶项和相关项不可忽略,分析GUM法对于推力矢量测量的局限性;通过对蒙特卡洛法的适用性进行研究,与最大熵原理和舍选抽样法的相结合,研究了应用在推力矢量测量的小样本不确定度评定方法,该方法不仅可以应用在推力矢量测量,还可以用于其他物理量例如压力、温度、流量等的不确定度评定,具有普适性;研究算法,基于MATLAB编写小样本不确定度评定软件,简化流程;应用蒙特卡洛法对现有的推力矢量测量系统评定不确定度,与GUM法相比较,结果表明,对于推力参数,GUM法只有标准不确定度满足要求,扩展不确定度不满足要求,测量系统的先进性和实用性存在争议,但是通过蒙特卡洛法不确定度评定,由于蒙特卡洛法采用真实的模拟策略,得到的结果更符合实际,标准不确定度和扩展不确定度都满足指标要求,进一步验证了测量系统的先进性;基于自适应蒙特卡洛法,验证GUM法的有效性,结果表明,对于推力矢量测量GUM法没有通过验证,所以采用蒙特卡洛法作为推力矢量测量不确定度评定的主要方法。
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