[发明专利]一种空间再入充气结构非线性模态光学测量系统及方法

说明书

本发明一种空间再入充气结构非线性模态光学测量系统及方法；成像模块对空间再入充气结构受敲击产生振动的过程进行成像，将成像结果传输给数据处理模块；标定模块标定成像模块的内方位元素、外方位元素和像差系数，将内方位元素、外方位元素和像差系数传输给数据处理模块；数据处理模块接收成像模块传输的成像结果，接收标定模块传输的内方位元素、外方位元素和像差系数；根据成像结果、内方位元素和外方位元素解算空间再入充气结构在模态振动过程中的离面运动位移和速度，再通过傅里叶变换得到空间再入充气结构的非线性模态参数。本发明采用光学测量的方法，对空间再入充气结构的离面位移、速度和非线性模态进行精确测量。

技术领域

本发明属于振动力学领域，涉及一种空间再入充气结构非线性模态光学测量系统及方法。

背景技术

空间再入充气结构是一种集成了热防护、气动减速、着陆缓冲及水上漂浮等功能的新型航天器。该结构还可应用于空间站及科学试验卫星试验品和货物的快速下行、返回且能为深空探测器安全着陆提供帮助。

由于空间再入充气结构的动力学特性与充气压强关系密切，因此对空间再入充气结构的模态特性与充气压力之间的关系进行探究是非常必要的。目前国内在柔性结构非线性模态测量方面的研究成果几乎没有。传统的结构模态特性测量，通常使用加速度传感器进行非接触式的测量。该种测量方法测量成本高，装置复杂，且容易对待测结构的结构特性带来干扰。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种空间再入充气结构非线性光学测量系统及方法，解决了现有技术采用接触式测量方案的不足。通过在空间再入充气结构上布置散斑，利用已标定的高速成像仪对空间再入充气结构模态振动的过程进行图像采集，结合标定得到的相机参数再对图像数据处理得到每一时刻空间再入充气结构上散斑所在位置处的离面位移和速度，再通过傅里叶变换得到空间再入充气结构的非线性模态参数。

本发明通过如下技术方案实现：一种空间再入充气结构非线性模态光学测量系统，包括：标定模块、成像模块、标定板、数据处理模块、同步触发模块；

成像模块：对空间再入充气结构模态振动过程进行成像，获得待测空间再入充气结构的模态振动过程成像结果，将待测空间再入充气结构的模态振动过程成像结果传输给数据处理模块；对标定板进行成像获得标定成像结果，将所述的标定成像结果传输给标定模块；

标定模块：接收标定成像结果，标定成像模块中高速成像仪的内方位元素、外方位元素和像差系数，将所述标定完成的内方位元素、外方位元素以及像差系数传输给数据处理模块；

数据处理模块：接收所述成像模块传输的待测空间再入充气结构的模态振动过程成像结果，以及接收的所述标定模块传输的所述标定完成的内方位元素、外方位元素和像差系数，解算空间再入充气结构在模态振动过程中的离面运动位移、速度；再对所述离面运动位移、速度进行傅里叶变换得到空间再入充气结构的非线性模态参数。

所述成像模块包括两台及以上用于对空间再入充气结构模态振动过程成像的高速成像仪；所述相邻两台高速成像仪的摆放位置满足使两台高速成像仪对待测空间再入充气结构的振动过程成像时，任意两台高速成像仪光轴的夹角取值范围为15°—60°。

所述标定板在高速成像仪成像时占据像面的80％以上且成像清晰。

还包括同步触发模块；所述同步触发模块用于使所述高速成像仪对待测空间再入充气结构模态振动过程同步成像。

还包括LED光源；所述LED光源摆放在空间再入充气结构试验件周围，使成像时光线均匀，不会引起由于光线过暗，导致光圈增大，景深减小。

所述待测空间再入充气结构的非线性模态参数包括敲击模态、一阶模态、二阶模态、三阶模态。

一种利用上述空间再入充气结构非线性模态光学测量系统进行空间再入充气结构非线性模态测量的方法，包括步骤如下：