激光干涉法测量微冲量数据处理方法

采用激光干涉法测量微冲量是一种新的微冲量测量方法。为了有效地测量10^-4～10^-8N·s量级的微小冲量，对力的加载过程进行定量的描述，在激光等离子体微推进器（μLPT）研究过程中采用该方法作为测试手段。介绍了测量系统的组成及测量方法，进行典型实验并提供了实验测量结果，重点讨论了测量系统的数据处理方法，对处理过程中存在的问题及数据处理方法的局限性进行了分析。研究工作对于激光干涉法应用于μN·s量级微冲量测量具有一定的参考价值。

激光干涉仪测微冲量原理

对激光干涉仪测量微冲量的原理进行了初步研究,将激光与靶材相互作用产生的微冲量转化为冲击摆的微幅振动,通过激光干涉仪辨识此振动以获得冲量。激光干涉仪可分辨出λ/8的微振动,为精确测量微冲量提供了可靠的保证。理论分析表明,研究工作对在作用力时间不可忽略条件下精确测量10-4N.s量级以下的微冲量具有意义。

微冲量测量的建模误差分析

微冲量测量是脉冲微推力器推进性能研究的关键问题之一。利用摆等动力学结构,将冲量测量转化为摆角(位移)测量是微冲量测量的主要研究方法。基于二阶系统模型,在摆无阻尼振动及冲量瞬间耦合的条件下,定量研究了冲量测量的建模误差。研究结果表明,不管作用力的脉冲波形如何,只要作用力时间与摆的振动周期之比足够小且阻尼比足够小,建模误差完全可以忽略。

多普勒振镜正弦调制多光束激光外差二次谐波测量微冲量

提出了一种正弦调制多光束激光外差二次谐波测量微冲量的新方法,将激光与工质靶作用产生的微冲量转化为扭摆的转动角度测量,基于激光外差技术和多普勒效应,把待测转角信息加载到外差信号的频率差中,经信号解调后可以得到待测转角值,通过多次测量取平均值的方法可以提高待测转角的测量精度,从而提高微冲量的测量精度。利用这种新方法,以PVC+2%C为工质靶,利用MATLAB仿真测量了激光与工质靶作用产生的微冲量,结果表明:该测量的最大相对误差小于0.8%。

基于一次性微冲量推力器阵列的卫星低频振动抑制与控制

为了解决挠性卫星受扰后的主动振动控制问题,提出将一次性微冲量推力器阵列(DMITA)作为控制执行器安装在卫星太阳帆板上,其具有体积小、成本低、功耗低的特点.介绍一次性微冲量推力器主动振动控制系统(DMITAVCS)的初步应用方案,用混合坐标法推导装有DMITAVCS的挠性卫星姿态动力学方程,并给出能量最优的DMITA位置配置准则.数值仿真结果表明DMITAVCS能够快速抑制挠性卫星受扰后姿态和帆板的振动,主要得益于安装在帆板上的一次性微冲量推力器阵列(DMITA)能够产生较大的姿态驱动力臂.

扭摆测量微冲量的计算方法

建立了扭摆测量微冲量的简便计算方法,在给定力参数条件下,分析了扭摆的运动过程,得到了误差的计算公式。通过分析力的作用时间和波形对误差的影响,给出了现有扭摆系统下该计算方法的适用范围。计算结果表明,当扭摆振动周期大于力的作用时间的12.8倍时,该计算方法的误差小于1%。其方法的建立为扭摆测量微冲量提供一种简便实用的方法。

基于扭摆的微冲量测量方法及实验研究

超高微重力水平的卫星平台在空间引力波探测、地球重力场测量中发挥着重要的作用,脉冲微推力器可以帮助微重力卫星实现姿态控制.微冲量是评价脉冲微推力器性能的重要指标之一,常用的基于扭摆的微冲量测量方法有两种,方法一是根据单个冲量元瞬间作用于无阻尼扭摆后,扭摆转动最大角位移计算冲量,方法二是根据高固定频率的连续脉冲作用于有阻尼扭摆后,扭摆转动的平均角位移计算冲量.为了在地面实现对脉冲微推力器的微冲量测量,利用已有的基于扭摆的亚微牛级推力测量系统,进行了实验研究.利用静电梳齿产生的标准静电力标定已有的扭摆推力测量系统,通过电容式位移传感器测量扭摆角位移,进而得到推力与角位移的关系,以及其他扭摆系统参数;然后,根据两种冲量测量方法,再以电磁螺线圈与永磁体分别产生瞬时磁力与固定频率的磁力作用于扭摆,研究推力测量系统微冲量测量性能.实验结果表明:使用方法一时,推力测量系统冲量测量范围为0.05~220μN·s,分辨力可达到0.02μN·s;而利用方法二测量微冲量相比于方法一而言,能够扩大冲量测量范围,提高冲量分辨能力.

一种基于悬臂梁结构的微冲量测量方法

为了对星载微推力器的单脉冲冲量进行非接触测量,提出了一种基于悬臂梁结构的测量方法。基于悬臂梁动力学模型,确定了测量系统传递函数,得到测量系统在结构上等效为无穷多个欠阻尼二阶子系统的并联。分析得到一阶子系统脉冲响应的最大位移与脉冲力冲量大小为线性关系,线性系数大小由一阶子系统的增益值、阻尼比及固有振动频率决定,在此基础上确定了冲量测量方法:对系统脉冲响应低通滤波得到一阶子系统脉冲响应后求取最大位移,结合标定得到线性系数即可求解冲量大小。线性系数的标定中,根据系统增益值与位移测量位置的刚度系数为倒数关系的特征,确定了一阶子系统增益值的标定方法,依据自由振动法确定了阻尼比及固有振动频率的标定方法。通过实验验证了测量方法的正确性,分析得到测量误差为7.287%。

基于扭摆测量系统的微冲量测量方法

为了评价脉冲微推力器的性能,设计高精度量级冲量测量系统是亟待解决的问题。利用扭摆测量系统对冲量进行测量,需要对振动方程的相关参数进行确定。论文通过叠加参考横梁对转动惯量进行标定,采用脉冲响应方法标定振动频率和阻尼比。利用瞬间冲量作用模型提出了冲量计算方法,并建立理论模型对标定的系统参数进行验证。实验结果表明标定数据确立的模型与测量数据吻合得很好,标定的系统参数可信度高。该冲量计算方法可应用于脉冲微推力器的冲量测量。

一种用于微小推力冲量测量的扭摆系统参数标定方法

扭摆系统通常用来测量航天微推力器的微推力和微冲量。为了实现扭摆的系统参数精确标定,根据扭摆系统阶跃响应的特点,深入分析稳态扭转角和极值扭转角及其对应时间等特征点与系统参数的关系,提出了系统参数标定的比例回归法,所提出方法能够同时标定阻尼比、振动频率和扭转刚度系数等系统参数,计算分析简便,适合真空环境下的扭摆系统参数标定,有助于真空环境下航天微推力器的推力性能评价工作。实验表明:相对于传统数据处理方法,利用比例回归法估计的置信区间最大可缩小61%,可有效改善系数参数的标定结果。

基于扭秤的激光干涉差动测量微小冲量方法

基于扭秤测量冲量原理,结合激光干涉法差动测量角度的方法,提出一种基于扭秤的激光干涉差动测量微小冲量的方法。介绍系统的基本组成和测量过程,给出扭秤结构设计参数,并对系统参数进行了标定,结合设计参数与标定结果,对系统的分辨率、量程和精度进行了校核,在典型的测量环境下,对激光烧蚀靶材所形成的μN·s量级微小冲量进行了测量,给出了典型的测量结果并进行分析。结果表明:所提出的基于扭秤的激光干涉差动测量微小冲量方法,系统分辨率可达10-7 N·s量级,测量范围跨5个数量级,最大可以测量10-2 N·s量级冲量,测量精度优于95%。

两电极等离子体高能合成射流流场及其冲量实验研究

两电极等离子体高能合成射流激励器通过腔体内电极间的瞬时电弧放电加热腔内气体,在激励器出口产生压差并喷出高速射流,从而产生反作用力和冲量。针对两电极等离子体高能合成射流响应快、持续时间短的特点,设计了单丝扭摆式微冲量测量系统,并结合高速阴影系统,对两电极等离子体高能合成射流的流场发展过程及其单脉冲冲量特性进行了实验研究。实验结果表明,两电极等离子体高能合成射流响应时间小于10μs,射流持续时间约为1ms,射流前锋最大速度约为190m/s,射流流场发展过程中存在多道强压缩波,并以当地声速向下游传播。单丝扭摆式微冲量测量系统可实现μN·s量级冲量测量精度,单脉冲冲量约为32μN·s,并且在低频状态下射流总冲量随激励器放电频率成线性增加。