[发明专利]一种基于电测技术的航天线式分离环结构强度测量方法

说明书

本发明提出一种基于电测技术的航天线式分离环结构强度测量方法。首先，建立线式分离环模型，有限元分析航天线式分离环结构应力场，获得应力变化较为平缓区域。然后，在应力变化平缓区域内设计并布置电测应变测点阵列，并开展预加载试验获得测点阵列的应变值，依据应变值的平缓程度检验测点阵列设计的有效性。正式加载试验获得结构应变测点数据，根据电测应变测点数据计算得到航天线式分离环结构关心区域的应力场，实现结构强度评估。本发明基于电测技术，成本低，测量精度高，具有较强实用性，可解决航天线式分离环因结构本身空间狭小和曲面复杂而导致的结构强度难以测量的难题。

技术领域

本发明属于航天、测量技术领域，涉及一种运载火箭中的级间段分离装置的强度测量方法，尤其涉及一种基于电测技术的航天线式分离环结构强度测量方法。

背景技术

运载火箭飞行过程中的级间段分离是整体设计中十分重要的一个方面。在目前运载火箭的级间段分离设计中，通常采用使线式分离环的径向发生破坏的方法保证多级间段的顺利分离。

线式分离环一般安装在运载火箭的相邻两级中，用于分离抛弃推进剂耗尽级，是分离装置的关键部件。在运载火箭发生分离时，在分离环开口处产生径向破坏进行级间段分离。此外，线式分离环用于连接相邻两级，具有一定的轴向强度，避免环向开口而造成的连接强度不足。

目前，对于分离环的开口尖端应力，因结构本身空间狭小和曲面复杂，故无法通过传统电测技术直接测量得出，进而无法得知危险区域应力分布形式，评估结构强度，最终为该结构的实际应用带来一定程度的安全隐患。由于航天结构的材料及加工成本较高，故通过大量的电测试验建立数据库并不可取。

此外，其它测量技术(如：红外成像技术、数字图像相关技术等为代表的光学测量技术)虽然可通过对比试验件变形前后的光学数据从而得到结构位移、应变等场域结果，但是由于其测量成本较高，对于测量环境较为敏感以及针对于大型试验件的全场测量误差较大等原因也不是最佳选择。

综上所述，目前有必要提出一种能够测量线式分离环结构强度的测试方法，从而面向低成本、易实现以及抗环境干扰的工程需求，实现线式分离环的结构强度评估。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于电测技术的航天线式分离环结构强度测量方法，降低测试成本、提高测试方法普适性。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种基于电测技术的航天线式分离环结构强度测量方法，该测量方法基于测量精度较高的传统电测技术实现，包括以下步骤：

S1：通过有限元分析航天线式分离环结构的应力场，获得预设的应力变化较为平缓区域。

S2：在S1中预设的应力变化平缓区域内设计并布置电测应变测点阵列，并开展预加载试验获得测点阵列的应变值，依据应变值的平缓程度检验测点阵列设计的有效性，判断平缓程度依据如下：

若电测应变测点阵列中，同一轴向方向上的任意两相邻应变测点的应变值相差均超过5％时，则判定此电测应变测点阵列无效，需进行重新设计；否则则判定电测应变测点阵列有效，此时保留应变值相差小于5％的有效测点，用于正式加载测量，去除其余无效测点。

S3：对航天线式分离环结构进行正式加载试验，获得结构有效测点的应变值，根据有效测点的应变值计算得到航天线式分离环结构尖端的应力场，实现结构强度评估。

进一步的，步骤S1所述的航天线式分离环为金属材料，其结构包括多种的分离式结构类型，如：环式分离结构、板式分离结构等。所述的航天线式分离环结构开口深度、开口角度等包括多种形式规格。

进一步的，步骤S2所述的应变测点阵列包括多种形式，如：菱形应变阵列、矩形应变阵列等对称应变阵列，或者按测试需求设计的非对称应变阵列。

进一步的，步骤S3所述的计算方法为：