【摘 要】
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在火箭发动机地面试验中,发动机喷管的三维运动参数测量对于研究和设计发动机推力矢量和火箭飞行姿态调整具有重要意义,但实现难度很大。本文设计一种基于多目视觉的火箭喷管
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在火箭发动机地面试验中,发动机喷管的三维运动参数测量对于研究和设计发动机推力矢量和火箭飞行姿态调整具有重要意义,但实现难度很大。本文设计一种基于多目视觉的火箭喷管运动参数测量系统,测量火箭发动机喷管摆心、喷管轴线、摆角、摆动角速度、摆动角加速度等运动参数,并通过软件设计实现了三维运动参数的测量算法、误差补偿模型以及人机交互界面。本文提出测量系统的总体方案,应用四台高速测量相机采集喷管运动过程中的红外反光标记球图像,通过对标记球参数测量,建立算法模型实现火箭喷管运动参数测量。首先利用双截面算法模型计算喷管摆心和空间摆角,然后建立喷管轴线的投影法测量模型,解决火箭喷管空间摆角的矢量测量问题,进而实现喷管摆动角速度和摆动角加速度的测量,研究了测量参数的误差分布规律,最后针对测量系统建立相应的误差补偿模型。并通过软件设计完成参数设置模块、预处理模块、测量计算模块、数据传输模块各功能子模块的设计,向用户提供可视化的操作界面。应用双轴摇摆-直线升降运动装置对测量系统进行整体调试,在测量系统软件环境下,通过摆心、摆角测量算法模型及各个功能子模块的正确实现,验证了整个测量系统的稳定性及准确性。经过大量的实验分析,结果表明:在±12°空间范围内,峰值速度≤60°/s的情况下,摆心极限误差与摆动角速度无关,摆角极限误差、摆动角速度极限误差、摆动角加速度极限误差与摆动角速度呈正相关;摆角误差喷管摆心的极限误差为0.103mm,喷管摆角的极限误差为0.041°,摆动角速度极限误差为0.72°/s,摆动角加速度极限误差为3.9°/s~2。
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