非接触式超声的航天器可视化指引泄漏定位方法研究

航天器在轨泄漏快速定位方法对确保航天员生命安全和航天任务的成功具有十分重要的意义,是保障航天器安全可靠的重要途径之一。针对空间站大型舱体结构为检测对象,以泄漏声学为理论基础,分析其泄漏超声在空间中的传播情况,探讨可视化非接触式超声漏点定位的方法,通过研制阵列式超声传感器与摄像头相结合的新型复合可视化探头,研究可视化引导算法,对比试验分析,验证了该方法的有效性和快速性。研究结果表明,该方法可有效确定漏点方向及位置,从视觉上直接引导人员向泄漏主方向巡检,节省时间,漏点定位精度为±20 mm。研究结果为空间站大型舱体泄漏快速检测提供了有效的方法,对航天器在轨泄漏定位策略的制定具有十分重要的指导意义。     

基于混沌-BP神经网络的真空泄漏声发射在线检测技术

随着空间科学技术的不断发展,人们进行的空间活动日益增多。与此同时,空间碎片的数量也随之急剧增多,这使得在轨航天器遭受空间碎片等动能颗粒撞击可能性不断增加,航天器发生密封结构泄漏的可能性越来越大。航天器泄漏不仅会造成航天活动的失败,更会威胁航天员的生命安全,因此,在轨航天器真空泄漏声发射在线检测技术研究具有十分重要的意义。本文以声发射技术为基础,利用精细平均功率谱分析法对不同泄漏孔径下产生的声发射信号特征进行提取分析,并与改进的混沌-BP神经网络模式识方法相结合实现对信号进行分类,从而实现泄漏检测以及漏孔大小评估。通过真空泄漏声发射检测实验验证,本方法最小可检0.4 mm直径的漏孔,满足在轨航天器微弱泄漏检测的需求。     

基于温/压传感器的航天器在轨检漏方法研究

航天器在轨运行期间极可能发生泄漏事故,威胁航天员的生命安全,导致航天任务的失败,研究一种在轨检漏方法是有效保障航天器在轨安全的技术手段。利用高精度温度和压力传感器的压力变化检漏方法,分析在轨的影响因素,研究温度补偿和影响因素经验数值扣除的综合处理方法来判断漏率;通过试验验证该方法的有效性和正确性。研究结果表明,基于温/压传感器的在轨检漏方法可有效检测出舱体向外泄漏或气体向舱内泄漏;经试验验证,该综合处理方法可有效排除影响,提高检漏准确性,相对误差可达10%以内。本文的研究结果可有效解决航天器在轨检漏问题,为后续研究奠定基础。     

航天器在轨无损检测技术研究

航天器尤其是空间站在轨运行期间,碎片撞击以及应力集中区的疲劳损伤会对其结构产生较为严重的破坏作用,对航天器进行在轨诊断和评估是NASA的常规手段。从分析空间环境对常规无损检测方法的影响入手,结合空间应用的特殊要求,建立了基于MR的脉冲涡流无损检测系统,实现了非扫描无损检测技术,解决了传统电涡流无损检测技术的缺陷检测深度和缺陷检测分辨率无法兼顾的矛盾,给出了描述导电材料损伤的物理量及其量值的获取方法,试验结果表明此方法应用于航天器在轨无损检测是可行的。     

基于小波分析技术的高速撞击声发射源定位

针对在轨航天器遭受空间碎片撞击损伤的定位问题,利用二级轻气炮发射铝弹丸撞击铝板来模拟空间碎片对航天器结构的损伤;通过声发射传感器实时记录结构中的时域波形信号,结合板波的频散特性,分析了高速撞击穿孔损伤时波动在铝板中的传播模式.基于小波时频分析技术研究了高速撞击损伤的定位问题,分析了波速对定位精度的影响.结果表明,基于小波分析技术的高速撞击声发射源定位能够满足撞击损伤的定位要求,为解决航天器在轨遭受空间碎片撞击的损伤定位提供了一种新的方法.     

基于机器学习的在轨航天器泄漏源实时定位方法研究

该文章针对航天器在轨泄漏问题，提出了一种基于机器学习的泄漏源实时定位方法。该方法通过合理特征化泄漏在器壁中激发的弹性波信号，结合有限元仿真技术获得有效的训练数据，设计并实现了一种多层感知机网络模型，从而准确完成泄漏源与传感器间的距离信息估计，同时结合计算弹性波数据时空相关性得到的相对角度信息，可以快速稳定的获得泄漏源的空间位置。该方法仅采用一个布放在器壁上的压电阵列式传感器采集泄漏激发的弹性波数据，结构相对简单。试验结果表明，基于该文章设计的多层感知机模型，在1 m²试验板范围内该方法对泄漏源与阵列式传感器距离估计准确率为100%,最大定位误差为1.2 cm。     

液态金属离子源在航天器电位主动控制的应用

航天器在轨运行期间太阳光照条件下,受光电子发射影响,航天器光照表面的电位达到正的数十伏。航天器表面带电现象会对其在轨安全稳定运行和空间等离子体探测数据的准确性造成严重影响。带正电航天器周围电场中离子和电子的速率和空间分布被扭曲,等离子体电子在鞘层加速,光照产生的光电子被吸引进入传感器,在低能量下引起高计数率,而且加速仪器微通道板的老化,使低密度等离子体的测量变得异常困难。因此,必须对航天器的电位进行主动控制。液态金属离子源电位主动控制器已在许多航天器上得到广泛的应用,通过主要介绍国外关于液态金属离子源电位主动控制器在航天器上的应用,为自主研制电位主动控制器满足空间科学探测的需求提供参考,也为军事和应用卫星在轨可靠运行提供防护方法。     

电推进等离子体对航天器充放电效应的影响研究

电推进具有高比冲及低推进剂消耗等优点,被广泛用作地球同步轨道卫星南北位置保持和深空探测等任务的主推进系统。而电推进在轨工作产生的等离子体与地球同步轨道上的空间等离子体的特性截然不同,导致卫星的充放电过程更加复杂,影响卫星在轨安全运行。为此,电推进等离子体对航天器的影响是进行卫星电推进系统设计时需要关注的问题。主要讨论电推进羽流对航天器表面带电的影响,从理论研究、仿真模拟和地面试验三个方面对电推进系统对航天器表面充放电效应的研究进展进行了分析总结,最后对如何有效分析电推进等离子体羽流特性及其对航天器表面带电的影响的研究途径进行了展望。     

火箭发动机装药包覆质量诊断的超声新技术

目的 研究火箭发动机装药包覆质量超声检测技术。方法 从发动机壳体外侧诊断内部推进剂包覆质量的超声技术。结果 研制了相应的检测设备并对实际物体实施了检测。结论 作者提出的板波诱发超声检测, 既可从发动机壳体外检测内壁涂敷的单层或多层包覆、绝热材料层厚度,也可识别各层界面的脱粘。     

基于声传感器阵列的连续泄漏定位方法研究

针对压力容器(如在轨航天器)发生泄漏时的漏孔定位问题进行研究,提出了一种基于声传感器阵列的定位方法。当已发生泄漏时,该方法通过声传感器阵列获取器壁中传播的超声波信号,并分析阵列中各个传感器采集数据间的时空相关性,实现了对泄漏源的快速准确定位。分析了泄漏所激发的超声波信号在薄板中的传播特性,证明了采集信号相关性随采集点间距离的增大而减小,从而指导传感器阵列的设计与制作,同时通过设计相应的实验讨论了不同阵元间距条件下的定位精度。实验结果表明定位误差受阵列中阵元数目及阵元间间距影响,当阵元数目为8,阵元间距为8 mm情况下,本算法在1 m~2的平板上,定位绝对误差平均值小于10 mm。     

空间尘埃探测方案研究

空间环境中飞行的尘埃粒子会对进行深空探测的航天器有重大影响,它们会撞击并沉积在航天器表面结构中,影响航天器的性能。利用空间尘埃探测器可以探测尘埃的质量、速度、飞行方向、通量、化学成分及其元素同位素、所带电荷等参数。空间尘埃探测器的基本结构设计,用软件仿真计算了撞击离子在反射式质谱计反射腔内的轨迹,验证了其探测空间尘埃的化学成分的可行性。随着深空探测的逐步深入,空间尘埃探测器探测数据将成为航天器维护及未来空间科学研究的重要参考。     

有包覆层铁磁试件的脉冲涡流检测

测量由钢板制作的压力容器和管道的壁厚,可以了解其腐蚀程度.用脉冲涡流检测钢板等铁磁材料的厚度时,由保护层和保温层构成的包覆层会对测厚结果产生影响.根据脉冲涡流检测的工作原理,使用有限元法,对有包覆层铁磁试件的厚度测量进行了仿真研究,重点分析了覆盖层对测量结果的影响.研究结果表明:包覆层对测量的影响与保护层材料、试件厚度和保温层厚度有关;对试件厚度测量范围的影响铝皮比铁皮保护层大,使用铝皮保护层时,不能测量厚度小于6mm的试件;试件与保温层越厚,测量误差越小,试件的厚度大于10 mm,保温层的厚度大于50mm时,测量结果不再受保覆层的影响.     

航天器微振动试验方法标准研究

航天器在轨运行期间,在各种扰源作用下会产生一种加速度幅度小、频率分布广的微振动,将严重影响高精度航天器有效载荷的指向精度和姿态稳定度。本文针对规范和推广航天器微振动试验的需求,从标准化的角度研究了航天器在轨微扰动源、航天器自由边界模拟、背景噪声控制等航天器微振动试验的方法和要求,分析了国内航天器微振动试验方法的发展方向及相关标准需求,提出了航天器微振动试验标准体系。     

5A06铝合金单层板超高速撞击弹道极限分析

日益增长的空间碎片对在轨航天器的安全运行构成了严重威胁,毫米级空间碎片的防护已成为航天器结构设计必须考虑的问题之一.航天器的蒙皮是抵御空间碎片超高速撞击的最基本防护结构.采用数值仿真并结合试验验证的方法,对5 mm厚5A06铝合金单层板承受2A12铝合金球形弹丸正撞击下的弹道极限进行了研究.研究表明,在验证实验速度范围内,数值仿真结果与实验结果吻合良好;使用数值仿真对实验速度以上的区间进行拓展研究,获得了其弹道极限曲线和弹道极限方程;数值仿真和实验结果与已有经验方程对比表明,经验方程与具体材料的弹道极限有较大偏差,因此,应具体问题具体分析.     

有包覆层铁磁试件的脉冲涡流检测

测量由钢板制作的压力容器和管道的壁厚,可以了解其腐蚀程度.用脉冲涡流检测钢板等铁磁材料的厚度时,由保护层和保温层构成的包覆层,会对测厚结果产生影响.根据脉冲涡流检测的工作原理,使用有限元法,对有包覆层铁磁试件的厚度测量进行了仿真研究,重点分析了覆盖层对测量结果的影响.结果表明,包覆层对测量的影响与保护层材料、试件厚度和保温层厚度有关;对试件厚度测量范围的影响铝皮比铁皮保护层大,使用铝皮保护层时,不能测量厚度小于6mm的试件;试件与保温层越厚,测量误差越小,试件的厚度大于10mm,保温层的厚度大于50mm时,测量结果不再受保覆层的影响.     

空间碎片监测及清除技术研究进展

随着航天技术的发展,空间碎片数量逐年增加,将对航天器在轨安全运行构成极大的危险。从空间碎片的来源特征、国内外研究现状以及空间碎片的监测和清除技术进行了综述和分析,提出了在空间碎片的减缓防护等方面的发展建议,为未来新型空间碎片的监测和清除技术等方面提供参考。     

填充空心球/铝基复合材料结构的超高速撞击损伤特性研究

针对人类航天活动在空间中积累的大量空间碎片严重威胁在轨运行航天器安全,急需开发具有优良防护性能的新材料防护结构问题,初步研究填充空心球/铝基复合材料Whipple防护结构的撞击特性,获得相关撞击损伤数据,与填充实心铝板的Whipple防护结构进行对比,并评估空心球/铝基复合材料作为一种航天器防护材料的可行性。     

包覆壳层对金属纳米粒子活性保护的研究进展

通过在金属纳米粒子表面包覆一层膜而形成核／壳结构,可以对金属纳米粒子的活性起到一定的保护作用,然而包覆层的保护效果会受到环境因素的影响。本文从湿度、酸碱度、老化时间三方面综述了环境因素对包覆壳层保护效果的影响,以及从热稳定性方面考察了包覆层的保护效果。并由此三方面和热稳定性方面提出了对包覆层的最佳选择,指出了今后的研究方向。     

基于声发射信号EMD-WPD特征融合的航天器在轨泄漏辨识方法

长期运行在空间环境中的航天器可能由于撞击、振动、老化等因素而发生气体泄漏,在轨泄漏辨识对航天器安全保障具有重要意义。提出了一种基于声发射信号经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)和小波包分解(wavelet packet decomposition,WPD)特征融合的航天器泄漏辨识方法,首先将声发射信号分别通过EMD和WPD分解成为不同频率范围内的子带信号,考虑能量特征误差与不稳定性,提取信号无量纲因子和频率特征参数并应用Relief F算法选取特征。最后,构建支持向量机(support vector machines,SVM)机器学习数据库,训练泄漏分类模型并利用测试集交叉验证模型分类精度。结果表明,EMD和WPD分解特征并行融合分类模型可显著提高辨识精度,最高可达96.9%,且输入特征数量少,是一种具有应用前景的航天器在轨气体泄漏辨识方法。     

铝双层板结构撞击损伤的板间距效应实验研究

为了研究空间碎片对航天器防护结构的超高速撞击损伤特性,采用二级轻气炮发射球形弹丸,对铝双层板结构进行了超高速撞击实验研究.弹丸直径为3.97 mm,撞击速度分别为(2.58±0.08)km/s、(3.54±0.25)km/s和(4.35±0.11)km/s,板间距为10~100 mm.实验得到了铝双层板结构在不同撞击速度区间的后板损伤模式.结果表明,弹丸撞击速度一定时,后板弹坑分布随前后板间距的不同而不同.前板背面返溅影响区和后板弹坑分布区随板间距的增大而增大,各弹坑分布区扩散角随板间距的增大而减小.