惯性平台系统火箭橇试验数据处理方法

火箭橇试验具有产生大过载、高速度、强振动和冲击等综合条件的能力,可以在综合环境条件下对惯性测量装置的功能和精度进行验证.针对惯性平台系统开展了3 km火箭橇轨道的功能验证试验,对振动传感器的数据进行了过载分析和振动量级的谱分析.研究了惯性平台系统火箭橇试验后的数据处理方法,包括振动传感器对橇体运行的过载和振动量的分离方法,遮光板光电组件的位置和速度微分方法,以及惯性平台系统的导航算法等,并通过数据比较,对惯性平台系统的性能和功能进行评价.由于遮光板外测系统的采样时间和观测量与捷联惯性测量装置不同,还探讨了试验后观测信息之间的转换、同一时刻不同信息数据的比较等数据处理方法,通过数据比较验证了惯性平台系统在火箭橇试验时的功能正常.该研究对惯性平台系统进一步开展精度验证和误差系数的分离奠定了基础.     

验证石英加速度计误差模型的火箭橇试验

火箭橇试验具有产生大过载、高速度、强振动和冲击等综合条件的能力,可以在综合环境条件下对惯性测量装置的误差模型进行验证.文中主要针对高精度捷联系统中的石英加速度计,利用3Km火箭橇轨道,根据误差模型的特点以及误差系数的可观性设计了过载曲线和安装方式.分析了雷达测速不能满足外测精度的要求,对遮光板测速精度和定位精度分别进行了分析.遮光板测速对布点之间的最小距离有严格的限制,而定位的优点是对最小距离没有要求.从仿真结果来看,在外测采用遮光板时,测距精度对石英加速度计的误差系数分离置信度大于测速精度.因此,利用火箭橇试验验证石英加速度计误差模型时,应该采用遮光板的位置信息,遮光板的布点之间距离应尽可能小.     

一种惯性测量装置火箭橇试验误差分离方法

惯性测量装置火箭橇试验可以提供大过载环境,为标定加速度计高阶误差项系数提供必要条件。为了利用位置外测信息准确辨识加速度计高阶误差项系数,提出一种针对火箭橇试验的惯性测量装置误差模型参数辨识方法。在给出加速度计高阶误差模型后,该方法通过建立惯性测量装置位置遥测误差和误差模型参数间的线性函数关系构建位置环境函数,之后利用最小二乘法估计出误差系数数值。仿真结果表明,该方法在辨识加速度计高阶误差项参数上具有很高的精度;应用该方法对一次火箭橇试验数据进行误差分离后,通过对解算结果进行显著性分析,证明了辨识出的高阶误差项系数的有效性。     

惯导系统火箭撬试验数据处理方法

惯导系统火箭橇试验技术在国内还属于一门新兴的试验技术,刚处于起步探索阶段。惯导系统火箭橇试验是验证惯导系统在复合环境下的误差模型、评定制导系统误差模型精度以及分离大过载条件下惯导系统误差系数的有效手段。主要探讨了惯导系统的误差模型,提出了基于火箭橇试验的动态条件下的误差分离和数据处理方案,并对火箭橇试验中数据处理方法进行了分析。这些研究为在我国进一步开展惯性装置火箭橇试验研究提供理论基础。     

惯性测量装置火箭橇试验外测数据融合方法

在3 km火箭橇试验的基础条件下,为解决惯性测量装置火箭橇试验中雷达外测系统、遮光板外测系统和GPS系统的时间不同步、初始状态不一致以及分离误差采用单一外测数据的问题,通过解算和分析火箭橇试验过程中的雷达外测数据、遮光板外测数据和GPS外测数据的数据特点,探究了一种雷达外测、遮光板外测和GPS系统的数据融合方法。该方法有效的利用了雷达的测速精度和遮光板的位置精度,弥补了水刹车段外测手段单一的不足,成功将各外测系统融为一体,系统位置精度小于0.02 m,系统测速精度小于1‰,为惯性测量装置的误差分离提供了一个完整、准确的外测系统。     

惯性测量系统火箭橇试验振动传递特性

惯性测量系统火箭橇试验过程中,惯性测量系统根据试验要求安装于减振平板上,而减振平板通过金属减振器安装于橇体上。通过振动传感器实时测量和记录橇体、减振平板和惯性测量系统的振动和冲击信号,待试验结束后读取记录存储的数据并进行振动量级、振动传递和减振效果分析。提出了一种描述惯性测量系统火箭橇试验振动传递特性的方法,包括振动谱图例对比、振动谱比值对比和基于AR模型幅值修正的传递函数描述方法。通过对各部分数据进行比较,验证了数据处理方法的正确以及描述惯性测量系统火箭橇试验振动传递特性的有效性。     

无陀螺捷联惯性导航技术

无陀螺捷联惯性测量装置与传统捷联惯导系统的主要区别是角速度的获取方式不同,角速度的解算精度是无陀螺捷联惯性导航系统的核心问题,决定了系统的性能及实际应用的可行性。本文剖析了无陀螺捷联惯性测量装置的误差来源,建立了无陀螺捷联惯性导航系统角速度解算数学模型,并重点探讨了加速度计元件误差对角速度解算精度的影响。进行了无陀螺捷联惯性测量装置试验,结果表明,尽管计算误差较大,但无陀螺捷联惯性测量装置可以反映出运动平台的角运动规律,实际应用中对加速度计精度和计算机速度要求较高,另外应寻找更好的算法尽量补偿角速度解算误差。     

基于压力传感器辅助的行人室内定位零速修正方法

针对现有行人室内定位导航系统定位精度差的问题,设计了一种压力传感器辅助微惯性测量单元的多条件约束零速修正方法。将微惯性测量单元和压力传感器固连在鞋上,用来测量人体脚部运动信息。在经典捷联解算基础上通过对行走时微惯性测量单元和压力传感器的统计特性进行分析,对加速度模值、滑动方差、角速度模值、足底压力设定阈值,用以检测行走过程中的零速区间,通过基于零速修正的卡尔曼滤波估计姿态误差、速度误差和位置误差,反馈校正后对微惯性测量单元的累积误差进行修正。最后通过对比试验证明了压力传感器辅助下的零速修正方法提高了系统导航定位精度,步行和跑动时的水平定位精度优于1%D。     

被动式半捷联稳定平台抗高过载结构设计

针对制导炮弹内部半捷联稳定平台在只有轴承承担高过载时,轴承容易被破坏的问题,设计一种基于对顶半球的半捷联稳定平台抗高过载结构。以半捷联稳定平台工作原理和抗高过载设计要求为基础,设计了基于对顶半球的抗高过载结构,选择所用材料,进行有限元仿真分析;最终制造出该结构并进行地面半物理试验验证。仿真与试验结果表明,半捷联稳定平台在受到高过载时,该结构能起到有效的防护作用,大大减小了轴承的轴向受力,保证了轴承的正常运转,可以确保稳定平台的有效测量。惯性测量系统稳定可靠工作时所承受的过载可达11 000g,具有一定的工程应用价值。     

火箭橇试验分离制导工具误差的有效性分析

火箭橇试验能在地面提供逼真的飞行环境,是制导系统可靠性检验与精度鉴定的有效手段,代表了未来制导系统测试的一个发展方向。利用火箭橇试验分离制导工具误差是制导系统精度鉴定的核心内容,对此进行了研究:给出了解析式平台制导系统的火箭橇试验方法;推导了制导工具误差系数分离模型;重点对火箭橇试验分离制导工具误差的有效性与精度进行了分析。结果表明,常规解析平台跟踪发射惯性坐标系的情况下,仅能有效辨识少数工具误差系数,系数辨识的精度很大程度上受制于外测精度;进一步分析表明其成因皆由火箭橇试验特性所致。最后给出了三种改善工具误差分离精度的途径。     

火箭橇加载试验技术研究

根据空气动力学和火箭发动机的相关理论,针对600 m长无缝滑车轨道,对搭载50 kg有效载荷、速度为45 m/s和搭载100 kg有效载荷、速度为200 m/s的两种双轨滑车进行了理论估算和试验验证。试验中,滑车的速度测试采用磁感应法、激光法和高速摄影法三种方法。试验结果表明,三种测试方法获得的滑车速度值一致,测试结果与理论计算值符合得较好。     

汽车模拟碰撞用液压缓冲器的动态仿真

汽车模拟碰撞(台车试验)用缓冲装置是汽车零部件安全试验中一个非常关键的设备。应用孔口节流理论，建立了汽车模拟碰撞用液压缓冲器的力学模型，同时对主要参数对模型的影响进行了具体的讨论。试验证明，进行参数优化后，计算曲线能够很好地模拟试验曲线。该仿真过程可以为类似液压缓冲器的理论建模和调试提供依据。     

火箭橇水刹车高速入水冲击数值模拟

针对目前对火箭橇水刹车高速撞水研究的不足,采用流固耦合方法进行了数值研究,得到了超空 泡、水隆起、溅水、水压力等水形态,获得了水刹车的速度、加速度和阻力系数随时间的变化曲线。研究表明: 水刹车刀片和侧板头部形成的超空泡对水阻力影响最大、水隆起影响次之、溅水则基本无影响,水刹车阶梯式 入水结构可以有效降低入水冲击力峰值。所采用的方法为火箭橇水刹车设计提供了依据,可为其他相关物体 高速入水问题研究提供参考。     

飞机模型高速撞击钢筋混凝土载荷特性实验研究

为得到大型商用飞机撞击的冲击载荷特性及其计算方法,基于火箭橇加载试验平台,搭建了飞机模型撞击钢筋混凝土运动靶体测试系统,开展了两种不同尺寸飞机模型的撞击试验,利用高速摄影技术获得了飞机模型撞靶前的姿态、着速及飞机模型撞靶的破坏过程。采用加速度测试系统和激光干涉测速系统,分别得到撞击过程中运动靶体的加速度和速度历史,据此得到靶体受到的冲击载荷-时间曲线,二者吻合,验证了测试系统的可靠性。通过飞机模型上安装的机载存储过载测试系统,获得了撞击过程中飞机模型的负加速度-时间曲线,由此确定了修正的Riera理论模型中的静载荷项,并进一步计算得到靶体受到的冲击载荷-时间曲线,与通过测试靶体的加速度或速度得到的结果一致,验证了使用修正的Riera理论模型计算飞机模型冲击载荷的合理性及计算方法的正确性,同时确定了适合于本试验中飞机模型的修正系数α。     

Estimating the dynamic coefficient of friction from experimental data: the motion of a rocket inside a smoothbore launcher

The motion of a spinning rocket inside a smoothbore launcher has drawn some attention in recent years. The inaccuracy of spin-stabilized rockets can be attributed, in part, to the initial motion of the rocket inside the smoothbore launcher. Recently, tests have indicated that a closer examination of the problem is required. The tests were performed to determine the time history of the spin and forward motion of the rocket by Fastax cameras. The evaluation of the data with respect to engineering-design parameters is difficult since the experimental results must be compared with an analytical model of the system. In this paper, the results of one test are reported and a nonlinear analytical model is used which includes both the rotary and forward motion of the rocket. The two motions are coupled through a dynamic friction coefficient. The intent of this paper is to show how an analytical model can be made to fit the experimental data, that is, the initial conditions and the coefficient of friction are found which define the solution giving the best least-square fit to the data.     

一种准确度高的土工测试数据拟合新方法

针对目前岩土工程土工测试数据处理方法的不足,给出了一种能够减少端点导数误差的三次样条拟合方法.三次样条函数拟合是曲线拟合的一个公认的较好方法,它具有很好的分段光滑性.但当端点的导数值无法精确得到时,会给样条拟合的准确性带来较大的影响.为了尽量减少这种误差的出现,本文提出先用多项式函数对前、后各一小部分测量数据点进行拟合后,再对函数求导,得到所需端点导数带入三次样条函数,最终得到更加准确的拟合结果.采用文中建立的拟合方法,对地基沉降实测数据进行分析,拟合结果表明本文方法的工程适用性强、拟合准确度高.     

Tangential Slot Film Cooling in a Nozzle. Comparison of Calculation and Experiment

To test a method of calculating the boundary layer in liquid rocket engine (LRE) nozzles, developed by the authors and based on a differential three-parameter model of turbulence, nozzle flow with tangential-slot coolant injection in subsonic part of the nozzle is studied numerically. The effect of nozzle flow acceleration on the turbulence parameters and the dependence of the gas film effectiveness on the nozzle-inlet turbulence intensity are investigated. The numerical results are compared with available experimental data.     

AFM针尖压入测量中的非线性效应

根据AFM(Atomic-Force Microscope 原子力显微镜)实验得到的典型压入曲线给出了一种标定电压-挠度转化系数的方法.对压入曲线进行常规的数据处理,结果显示在起始段和末段各有5nm左右的名义压入深度.然而,有限元计算结果表明上述名义压入深度并非真正的针尖压入样品的深度.通过悬臂梁响应、光线传播、四象限接收器等几个方面的非线性效应分析,得到了实验中各部分非线性效应对实验结果的影响方式和误差范围,从而发现压入实验中四象限接收器上光斑相对移动引起的非线性效应是造成错误判读压入深度的重要原因.最后,对如何减小测量误差和如何在一定误差范围内得到可靠的实验结果给出了一些建议.