【摘 要】
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随着各国航天事业的发展,空间碎片的数量持续增长,对在轨航天器的安全运行造成严重威胁。因此,对航天器与空间碎片碰撞进行感知与定位尤为重要。为使航天器具有足够的机械强度,同时保证轻量化,通常在其舱壁外表面设置有加强筋结构。碰撞信号在加筋板中的传播特性十分复杂,尽管现有技术能够对平板中的碰撞源进行准确定位,但对于具有高加强筋的加筋板中的碰撞源定位仍缺乏有效方案。因此,本文针对航天器密封舱壁板的碰撞感知与
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随着各国航天事业的发展,空间碎片的数量持续增长,对在轨航天器的安全运行造成严重威胁。因此,对航天器与空间碎片碰撞进行感知与定位尤为重要。为使航天器具有足够的机械强度,同时保证轻量化,通常在其舱壁外表面设置有加强筋结构。碰撞信号在加筋板中的传播特性十分复杂,尽管现有技术能够对平板中的碰撞源进行准确定位,但对于具有高加强筋的加筋板中的碰撞源定位仍缺乏有效方案。因此,本文针对航天器密封舱壁板的碰撞感知与定位技术进行研究。为了获取加强筋对兰姆波传播特性的影响规律,以具有周期性加强筋的空间站舱壁模型件为研究对象,基于有限元仿真结合实验的方法进行了研究,提出了用于量化加强筋作用效果的能量系数。基于载人飞船密封舱壁模型件部分参数建立了仿真模型,着重研究与讨论了加强筋数量和传播路径对兰姆波传播特性的影响。研究发现,加强筋对兰姆波的传播速度没有影响。相比于平板结构,加强筋会使信号发生衰减,且加强筋数量越多,衰减越严重。能量系数曲线随着频率的增加呈震荡变化,加强筋对于兰姆波的作用相当于一个梳状滤波器,且在100-200k Hz频带内具有明显通带。为了开展航天器加筋板中碰撞定位实验研究,分别搭建了碰撞无损模拟实验系统和弹丸撞击碰撞实验系统并进行了实验。为了解决具有高加强筋板状结构中碰撞源定位问题,提出了一种自适应能量补偿阈值滤波法。通过实验对方法的有效性进行了验证,讨论了滤波频段和阈值两个关键参数对定位结果的影响,并分析了定位误差来源。对于弹丸撞击碰撞实验,当滤波频带为100-200k Hz时,定位结果最佳。平均绝对误差为7.0mm,平均相对误差为0.86%,误差标准偏差为3.5mm,定位结果满足应用需求。本研究为具有高加强筋板状结构中的碰撞定位技术提供新见解,并为在轨航天器健康监测系统提供参考。
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