[发明专利]基于不动基准点的航天器舱体重力变形测量方法

说明书

本发明公开了一种基于不动基准点的航天器舱体重力变形测量方法，属于大尺寸测量领域，涉及一种基于不动基准点的航天器舱体重力变形测量方法。该方法首先在舱体上布置不动基准点与关键点，以立式工位作为近似零重力工位，使用激光跟踪仪为关键点进行全局赋值，以不动基准点为约束实现与卧式工位的坐标系匹配，然后通过转站测量获取舱体上的关键点在变形后的坐标，进而求解任一关键点的几何位移矢量，确定舱体的重力变形量。与传统方法相比，本发明所提方法能够剔除航天器舱体的成型误差的影响，有效求解舱体上任一关键点处的三维变形，为大型航天器舱体局部测量基准的偏差修正、重力变形的理论计算等提供前提和依据，具有重要的应用前景。

技术领域

本发明属于大尺寸薄壁件测量领域，涉及一种基于不动基准点的航天器舱体重力变形测量方法。

背景技术

近年来，我国正在逐步开展的空间站建设、探月工程、行星探测等重大航天任务对大型航天器的尺寸、精度等性能指标提出了更加严苛的要求。而大型航天器舱体为航天器提供总体构型，是保证大型航天器服役性能的关键构件，因此其制造精度与可靠性将直接影响航天器的服役性能。然而，大型航天器舱体多为铝合金薄壁圆筒型构件，具有尺寸大、壁厚小、刚度低、重量大等特点，在卧式加工时极易受自身重力影响而产生数十倍于制造公差的非规则变形，这对航天器舱体的高质制造带来了严峻挑战。因此，必须对航天器舱体的重力变形进行测量，为基准偏差修正和加工质量检测等提供指导，从而满足航天器舱体的制造精度指标要求。

目前，大型航天器舱体薄壁件的制造一般采用分段成型的方式，其超大尺寸、弱刚度的特点在制造过程中不可避免地导致成型误差。成型误差与重力变形误差的叠加，导致数模与实际工件难以相互匹配，重力变形难以单独测量，因而传统的基于实测数据与数模或图纸对比的变形测量方法已无法满足大型航天器舱体重力变形的测量需求。

针对大型构件重力变形的间接测量，中国科学院上海天文台的王锦清等人，在专利《一种测量大型抛物面天线重力变形的方法》，专利号CN 201511009750.6，公开了一种以一个额外的参考天线与被测天线组成甚长基线干涉仪，通过对两路射电源信号进行处理，来间接测量天线主面形偏差和副面位置的方法。但该方法额外引入了另一个参考天线，实施成本较高；且重力引起的几何变形是通过电信号处理来间接求取的，计算相对复杂。

针对航天器重力变形的直接测量，北京卫星环境工程研究所的杨再华等人，在专利《航天器装配精度受重力和温度影响的补偿方法》，专利号CN 201410514480.3，公开了一种通过经纬仪测量网络来获取立方镜姿态角的方法。但该方法必须用到至少4台经纬仪，且需要用到与被测设备质量相同的配重块，实施困难，干扰因素多。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的工程问题，发明一种基于不动基准点的航天器舱体重力变形测量方法，该方法以近似零重力工位下关键点的实测数据为航天器舱体未变形状态的参考值，能够剔除航天器舱体成型误差的影响，有效求解航天器舱体上任一关键点处的几何位移矢量。克服了传统方法的基准匹配难，准确性差等问题，有效求出解航天器舱体上任一关键点处的三维变形。

本发明采用的技术方案是一种基于不动基准点的航天器舱体重力变形测量方法，其特征是，该方法以激光跟踪仪为测量设备，首先在航天器舱体上布设不动基准点和关键点，以立式工位下的关键点实测数据作为航天器舱体未变形的参考数据；然后将航天器舱体卧式安装，以不动基准点为约束，实现卧式工位与立式工位的坐标系匹配；最后通过转站测量获取关键点在航天器舱体变形后的坐标，求解航天器舱体变形前后关键点几何位移矢量，从而确定航天器舱体的重力变形量；该方法的具体步骤如下：

第一步，航天器舱体坐标系的构建与关键点赋值