[发明专利]一种应用于航天器空投试验的降落伞开伞力测量系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据测量采集系统，特别是一种适用于返回式航天器空投试验的全程跟踪、实时测量并记录降落伞开伞力测量方法。

背景技术

到目前为止，在降落伞的工程设计和分析过程中，通常仍采用的是半经验半理论方法，试验研究仍然是降落伞的主要研究手段。其中，约束(系留)试验方法中的风洞试验和非约束自由飞行试验方法中空投试验是降落伞性能研究试验中最常用的两种试验方法。风洞试验可研究大量与开伞过程相关的气动特性与伞衣结构对其的影响；而空投试验则有降落伞与载荷系统的运动不受外界约束的优点，保证了整个降落伞系统工作的真实性。降落伞的开伞是个复杂的物理过程，由拉直、充气、稳定三个阶段组成。降落伞开伞过程中测量开伞过载能够为降落伞性能或进行故障分析及理论研究提供依据。即使在设计仿真的基础上，也需要通过不断试验，用真实试验数据进行修正，逐步建立较为完善的数学模型。

随着科技的进步和测量技术的发展，在测量降落伞开伞过载提出了新的技术和方法。如由唐明章、竺梅芳在2010年第二十三届全国空间探测学术交流会发表的《一种测量柔性充气展开结构应力应变的新型传感器系统》一文，以及由黎敏、李玉林发表的《嵌入式光纤传感系统在降落伞盖材料应力分布动态测量中的应用》一文中，结合国外最新的MPD和FBG光纤传感技术，提出了一种全新的能够在降落伞充气过程中测量伞衣和伞绳应力和应变的方法，该方法在测量对象表面植入光纤传感器，对应变和应力进行测量，通过使用不同配置的光纤传感器可以对伞衣和伞绳上的静态和动态载荷进行测量。虽然通过原理性实验验证，但是将降落伞上的全部光纤传感器组成遥测网络系统以进行多目标、多参数测量与控制还有待展开深入研究。目前我国在该领域尚未开展研究，能力较为匮乏。

在由李军，许屏发表的《一种基于GPS数据计算降落伞过载的方法》一文中，针对目前国内降落伞测量技术的现状，提出了一种基于GPS数据计算降落伞过载的新方法。该方法利用GPS速度数据进行后处理，通过数值微分的方法，计算出降落伞系统的运动加速度，进一步计算出降落伞的开伞过载。试验计算结果表明此方法是可行性的，但由于缺少测量技术设备，该结果的准确性还有待进一步检验。在航天器空投试验中，试验舱在飞机弹舱或货舱中，GPS信号被屏蔽，试验舱离机后，GPS在热启动条件下需要20s才能重新捕捉到卫星信号，冷启动条件下则需要60s。而正常情况下，从弹出引导伞到主伞开伞过程只有不到30s，因此，该方法无法满足航天器空投试验测量降落伞开伞过载的要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：立足我国现有的降落伞开伞过载测量技术，结合航天器回收系统的研制特点，采用了一种简单有效、可实现全程跟踪、实时测量并记录降落伞开伞力测量方法。

本发明的技术解决方案是：一种应用于航天器空投试验的降落伞开伞力测量系统，包括：第一转换接头、拉力传感器、第二转换接头、转换连接吊带、数据电缆、分离电连接器、分离电连接器拉绳、以及安装在舱体内的测量电源和内记录器；

拉力传感器一端通过第一转换接头与降落伞吊带安装连接；另一端通过第二转换接头及转换连接吊带与舱体上的降落伞连接分离机构对接安装；拉力传感器上的数据电缆通过分离电连接器安装固定在舱体上；分离电连接器拉绳套接在第二转换接头的绳销上；降落伞拉出伞舱，解除收口后充气张满，拉力传感器测量降落伞开伞过程的开伞力，并通过数据电缆将数据经分离电连接器输入到内记录器进行存储；降落伞按照预定工作程序与舱体分离的同时，通过拉动分离电连接器拉绳，使分离电连接器与舱体分离；舱体落地后，从内记录器中读取数据。

还包括固定在试验舱壁上的测量电路开关，测量电路开关与测量电源连接；空投后，在预设的时间内通过打开测量电路开关，使得测量电源开始为内记录器供电

所述的传感器量程为0～150kN，内记录器采样频率不小于500Hz。

所述的内记录器通过其内置应变放大器对拉力传感器输出的应变拉力信号进行调理放大，放大后的信号经过数模转换电路转换为可采集的数字信号，然后该数据被存入内记录器的存储模块，舱体落地后，从内记录器读取数据。

所述的分离电连接器拉绳的长度要比转换连接吊带受力拉伸后长度大20mm～30mm。

一种应用于航天器空投试验的降落伞开伞力测量方法，步骤如下：

(1)根据降落伞的设计参数选择不同量程的拉力传感器，将拉力传感器一端通过第一转换接头与降落伞吊带安装连接，另一端通过第二转换接头及转换连接吊带与舱体上的降落伞连接分离机构对接安装；