空間碎片超高速撞擊的研究,對日益頻發(fā)的空間碎片撞擊航天器事件尤為重要。隨著航天器遭遇空間碎片的撞擊損毀甚至解體的事件日益頻發(fā),對空間碎片在軌感知技術的研究提出了更高的要求。為應對空間碎片的威脅,對于較大體積的碎片主要采取規(guī)避的形式,小體積的空間碎片檢測難度較大,主要通過安裝防護層的形式應對空間碎片的威脅。但是受科技水平的制約,空間碎片撞擊事件仍然具有難以預測性,航天器面臨嚴重的威脅。準確定位空間碎片撞擊源能有效提高航天器的感知能力,可為撞擊損傷的評估和后期修復損傷提供保障。但從目前研究成果來看,空間碎片撞擊源的定位存在定位精度不高、定位時間較長等問題,因此需要針對此問題繼續(xù)開展研究工作。基于以上研究背景,本文以超高速撞擊源的定位為研究對象,利用二級輕氣炮加載系統(tǒng)驅(qū)動鋁制球形彈丸模擬空間碎片撞擊靶板,針對基于二維PVDF的撞擊源定位和基于聲發(fā)射的撞擊源定位展開實驗研究,具體研究工作及取得的研究成果如下:(1)利用二級輕氣炮加載系統(tǒng)和基于疊放的二維PVDF薄膜壓電效應的定位系統(tǒng),開展了彈丸以不同碰撞速度正碰撞二維PVDF壓電薄膜的實驗。基于PVDF薄膜的壓電效應和去極化效應,建立了測試系統(tǒng)并提取電壓信號,利用由條狀PVDF組成的平面直角坐標系準確定位空間碎片碰撞源。實驗結(jié)果表明:基于正交疊放二維PVDF薄膜壓電效應能夠定位撞擊源的坐標,進而還可通過在一定間隔距離處安裝雙層PVDF薄膜確定空間碎片的飛行速度以及入射角度。(2)利用LABview圖形化語言編程平臺與NI數(shù)據(jù)采集卡建立高速信號實時采集系統(tǒng),根據(jù)LABview獨特的編程語言建立可視化界面。可視化界面包括采樣控制模塊、定位坐標顯示模塊和波形信號顯示模塊,其中定位坐標顯示模塊與二維PVDF定位實物靶板一一對應,坐標系的交點作為撞擊點。通過實驗證實了該系統(tǒng)能夠準確定位撞擊源,實驗結(jié)果表明,基于LABview的撞擊源定位系統(tǒng)具備實時定位能力,能對撞擊信號進行實時采集與處理。(3)建立了聲發(fā)射全信息采集平臺,進行了二級輕氣炮加載實驗,根據(jù)聲發(fā)射信號的傳播規(guī)律,結(jié)合聲發(fā)射信號傳感器位置的幾何關系計算撞擊源坐標。利用小波變換理論對信號進行分析,并通過提取聲發(fā)射信號特征頻段能量值描述彈丸初始速度與聲發(fā)射信號高頻部分能量之間的關系。實驗結(jié)果表明,利用聲發(fā)射平面定位技術能夠?qū)崿F(xiàn)平面撞擊點的準確定位,信號的傳播距離與聲發(fā)射特征參數(shù)之間存在線性關系,利用小波變換原理處理聲發(fā)射信號能有效提高定位精度。
【學位單位】：沈陽理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：V528
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 基于PVDF空間碎片的定位
        1.2.2 基于聲發(fā)射的空間碎片定位
    1.3 主要研究內(nèi)容
第2章 實驗系統(tǒng)的構建
    2.1 引言
    2.2 二級輕氣炮加載系統(tǒng)
    2.3 彈丸測速系統(tǒng)
    2.4 觸發(fā)系統(tǒng)
    2.5 定位系統(tǒng)
        2.5.1 基于二維PVDF空間碎片定位系統(tǒng)
        2.5.2 基于聲發(fā)射的定位及其算法
    2.6 信號采集系統(tǒng)
        2.6.1 PVDF信號采集系統(tǒng)
        2.6.2 聲發(fā)射信號采集系統(tǒng)
    2.7 本章小結(jié)
第3章 基于二維PVDF的空間碎片撞擊源定位
    3.1 引言
    3.2 二維PVDF定位實驗
    3.3 高速數(shù)據(jù)實時采集與定位的LABview編程
    3.4 實驗結(jié)果與分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 基于聲發(fā)射技術的空間碎片撞擊源定位實驗
    4.1 引言
    4.2 聲速測量
    4.3 彈丸撞擊源定位
    4.4 基于聲源測距的定位算法
    4.5 基于小波變換的聲發(fā)射源定位
    4.6 撞擊參數(shù)對聲發(fā)射特征參數(shù)的影響
        4.6.1 彈丸的撞擊速度對聲發(fā)射信號能量的影響
        4.6.2 高頻部分能量占比
    4.7 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和獲得的科研成果
致謝

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本文編號：2879422