二級輕氣炮超高速撞擊實驗測控系統(tǒng)研究.pdf

1、空間碎片對在軌航天器安全運行的威脅問題，已經(jīng)日益嚴重，為了提高航天器對危險空間碎片的抗撞擊能力，并且進行風險評估，需要在地面進行一系列的超高速撞擊模擬實驗來驗證防護設計方案并且為其提供可靠的數(shù)據(jù)。
　　二級輕氣炮可以發(fā)射各種形狀的彈丸，而且對彈丸質(zhì)量、尺寸和材料有較寬的適應范圍，對同一速度的可重復性好，是目前超高速彈丸驅(qū)動中應用最廣泛的技術(shù)之一。在二級輕氣炮超高速加載實驗中，彈丸飛行速度的測量一直是實驗的重點和難點，它決定著實驗結(jié)

2、果的可靠性；同時近距離的超高速撞擊實驗操作也存在著一定的危險，本文以哈爾濱工業(yè)大學空間碎片高速撞擊研究中心的二級輕氣炮實驗系統(tǒng)為研究對象，結(jié)合現(xiàn)代傳感器技術(shù)和計算機控制技術(shù)，針對彈丸的速度測量和輕氣炮的自動控制展開研究。
　　首先，闡述了國內(nèi)外空間碎片防護的研究現(xiàn)狀以及氣體炮幾種常用的測速方法，分析了各個方法的優(yōu)缺點，簡單介紹了二級輕氣炮的工作原理。
　　其次，分析了現(xiàn)有的二級輕氣炮控制系統(tǒng)，闡述了控制柜顯示模塊設計思想，設

3、計了一套獨立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可在二級輕氣炮手動工作模式和自動控制模式下工作，并且介紹了二級輕氣炮控制軟件的開發(fā)流程。
　　最后，提出了二級輕氣炮激光測速系統(tǒng)的總體設計方案，設計了測速平臺、發(fā)光檢測電路、測速電路，并詳細分析了各電路的基本原理。在二級輕氣炮實驗中對鋁球彈丸進行了一系列測試，驗證了測速系統(tǒng)的可靠性，得出了彈丸測速的規(guī)律和特點。分析了實驗環(huán)境對彈丸測速的影響，以及測速系統(tǒng)的誤差和不確定度。通過大量的實驗驗證，整個測速系統(tǒng)