1、北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院中期检查报告中期检查报告真空羽流试验模型几何测量与误差校准真空羽流试验模型几何测量与误差校准学号：学号：ZY1115113ZY1115113学学 生：生：侯晓林侯晓林 导导 师：师：张建华张建华 班班 级：级：ZY11151 ZY11151 北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院目录目录1.本课题研究意义2.本文的总体研究目标和主要研究内容3.本课题研究计划进度表4.拟采取的研究路线5.已完成工作介绍6.学分完成及论文发表情况7.下一步计划和工作北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院本课题研究意义本课题研究意义获取发动机
2、真空羽流及其效应的有效数据是开展地面模拟羽流试验的目的，而得到高精度的试验数据，首先需要保证发动机与试验模型之间的几何位置与设计位置保持一致。然而，由于真空羽流试验中发动机与试验件常为不规则形状，安装紧凑而又难以精确测量，试验对其空间几何的精度要求又高，试验过程中几何位置又无法调整，所以对发动机和试验件及其之间的相对几何位置加以精确测量并校准尤为重要。北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院 本文的总体研究目标和主要研究内容本文的总体研究目标和主要研究内容1.分析人员进出舱对测量的影响。2.对试验台架进行误差分析，给出测量的误差校正模型。3.搭建发动机试验件对中测量系统。4.针对测量
3、系统开展小实验，并与仿真结果进行对比，标定测量系统误差。5.制定规范的试验前对中测量时序，标准化、规范化。本研究，旨在通过误差分析和误差校准模型的构建，补偿原理性误差；通过搭建对中测量系统，来达到缩短试验准备时间，提高试验效率，减小实验成本，获取更加准确实验数据的目的。北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院 本课题研究计划进度表本课题研究计划进度表时间节点时间节点主要任务主要任务成果及考核指标成果及考核指标2012.062012.10资料收集，了解发动机对中测量的国内外发展情况，确定研究方向大型羽流试验舱设计及有限元分析已被北航第九届研究生学术论坛录用2012.112012.12总
4、结归纳资料，深入了解几何测量和误差校准的国内外发展现状撰写出文献综述和开题报告2013.12013.4阅读文献，参与实验室试验工作，总结归纳试验过程中的实际问题真空羽流效应试验中火箭发动机试验件的几何测量误差校准分析研究分别已投向“三网会议”和本届研究生学术论坛，处于审稿阶段2013.5学习ANSYS软件，对试验模型进行结构变形分析得出人为因素对试验台架系统影响可以忽略的结果北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院 本课题研究计划进度表本课题研究计划进度表时间节点时间节点主要任务主要任务成果及考核指标成果及考核指标2013.6阅读文献，搜集资料，调研设备器材硕士学位论文中期答辩201
5、3.72013.9实验室设备购置、安装及调试，试验工装设计、加工及装配调试构建试验台架测量系统，期待发明专利2013.102013.11完成某型号发动机数值羽流仿真，开展验证测量系统小实验相应的发动机试验件几何测量系统误差分析方面的文章1篇2013.12阅读文献，课题结题硕士学位论文毕业答辩北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院拟采取路线拟采取路线北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院已完成工作已完成工作5.1舱内羽流试验台架位移误差分析北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院 羽流试验台架模型简化羽流试验台架模型简化北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院
6、宇航学院羽流试验台架简化模型的结构变形分析羽流试验台架简化模型的结构变形分析双边施加重力载荷结构变形云图双边施加重力载荷结构变形云图北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院羽流试验台架简化模型的结构变形分析羽流试验台架简化模型的结构变形分析单边施加重力载荷结构变形云图单边施加重力载荷结构变形云图北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院羽流试验台架简化模型的结构变形分析羽流试验台架简化模型的结构变形分析分析结果如下表：施加载荷XYZ合位移变形双边施加0.556e-3mm0.215e-4mm0.656e-3mm0.566e-3mm单边施加0.562e-3mm0.185e-3mm
7、0.131e-2mm0.114e-2mm通过以上云图和图表数据比较可知：进舱工作人员因双侧站立导致试验台架的结构变形比单侧站立小得多；舱内因人体重力因素导致的变形，在竖直方向上更为明显；人体重力因素对试验台架的变形最大也不过0.114e-2mm，在试验精度不高于0.1mm的情况下，可以忽略人体重力因素对试验的影响；北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院5.2发动机模型对中原理研究发动机模型对中原理研究 发动机试验件对中就是对发动机试验件和羽流参数测量装置的相对几何位置加以精确测量并校准的过程。试验时发动机试验件安装在光学平台上，羽流参数测量装置安装在三维移动机构上，试验过程中光学平
8、台固定不动，三维移动机构随工况移动，通过三维移动机构的移动，确定羽流参数测量装置与发动机模型的相对位姿。考虑到发动机试验件相对羽流参数测量装置的位姿安装误差和不同工况下羽流参数测量装置移动前后的位姿误差，微小的位姿误差会带来大的羽流参数测量误差，误差计算和补偿是必不可少的。需要确定的几个测量条件：三维移动机构Z轴竖直放置；三位移动机构三个轴两两垂直，并固定牢靠；光学平台水平。这样可以将测量模型简化，方便分析计算。北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院发动机位姿校正模型发动机位姿校正模型 发动机安装后，首先需要校正发动机模型的位姿，通过调整发动机试验件的俯仰与偏航，保证发动机试验件轴
9、线与三维移动机构y轴平行，这样，羽流测量装置沿y轴方向移动过程中，数据点不会漂移，能够准确实现各个工况物理量的测量。北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院发动机位姿校正模型发动机位姿校正模型122122x122|arctan|arctan|tanarcssFOssFOssOFyyx北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院羽流参数测量装置相对三维羽流参数测量装置相对三维T轴中心偏距和轴中心偏距和y向距离向距离的校正模型的校正模型解方程组得：21211y121211y1tantancos1cos1tantancos1cos1tantancos1cos1cos1cos1tant
10、aniiiiiiiiixiiiiiiiiiixisalsadtancos1cos1tanyyixiixisalsad当i0，i+1时北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院不同工况间位移误差补偿校正模型不同工况间位移误差补偿校正模型北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院不同工况间位移误差补偿校正模型不同工况间位移误差补偿校正模型 dldldylldldxOOOOarctansinarctancos2222 ldldldyldldldxiiOOiiiiOOiiarctansinarctansinarctancosarctancos1221,1221,cos1sinsinco
11、s1dlydlxBBBB iiiiBBiiiiiiBBiidlydlxcoscossinsinsinsincoscos111,111,北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院学分完成及论文发表情况学分完成及论文发表情况学分完成情况学分完成情况论文发表情况论文发表情况 侯晓林侯晓林,张建华,王文龙,蔡国飙，大型羽流试验舱设计及有限元分析J.北京航空航天大学第九届研究生学术论坛,2012:第201-213页.（已发表）侯晓林侯晓林，张建华，凌桂龙，贺碧蛟，蔡国飙，真空羽流效应试验中火箭发动机模型的几何测量误差校准分析研究C.中国宇航学会固体火箭推进专业委员会第三十届学术年会暨中国航天第三专业信息网第三十四届信息交流会/北京航空航天大学第十届研究生学术论坛（已投稿）北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院下一步的计划和工作下一步的计划和工作 搭建发动机试验件对中测量系统；针对某型号发动机试验件进行羽流参数仿真；针对测量系统开展小实验，并与仿真结果进行对比，标定测量系统误差；制定规范的试验前对中测量时序，标准化、规范化。北京航空航天大学北京航空航天大学 宇航学院宇航学院谢谢！谢谢！
