CN111591464B - 一种深空撞击器及其冲击防护性能评估方法 - Google Patents

一种深空撞击器及其冲击防护性能评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种深空撞击器及其冲击性能评估方法，深空撞击器，包括结构壳体、高加固模块；所述的高加固模块位于结构壳体内部；所述高加固模块采用分层缓冲防护结构形式，包括外壳、内胆、外壳端盖、内胆端盖、缓冲隔热层、灌封层和电路板，其中电路板采用环氧树脂整体灌封加固，外围为灌封层，灌封层外围由缓冲隔热层整体包覆后放置在内胆中，通过内胆端盖压紧固定；内胆与外壳为过渡配合安装，通过外壳端盖压紧固定。本发明在撞击器上多点布置过载和温度传感器，通过不同传感器间的数值差异反演不同位置处的过载，并进一步推导出每层缓冲防护结构的缓冲效果。

Description

一种深空撞击器及其冲击防护性能评估方法
技术领域
本发明涉及深空探测飞行器技术领域，具体是一种用于冲击防护性能评估的传感器网络布局方法。
背景技术
随着空间技术的发展与进步，深空探测的手段由最初的飞越探测发展到环绕、着陆、巡视、采样等多方式组合探测，实现环绕到着陆、表面到内部的跨越，正在向立体探测、内部深度探测方向发展。
撞击探测是实现内部探测的高效手段，具有结构简单可靠、集成度高、配置灵活的特点，消耗较少资源即可侵彻到天体内部。撞击侵彻过程探测器受到高过载冲击，内部电子设备面临损坏的风险，因此掌握撞击器各部分所受的冲击过载对内部元器件的冲击防护设计与评估至关重要。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对深空高速撞击可存活探测任务的特点，提供了一种深空撞击器传感器网络布局及冲击防护性能评估方法，在撞击器上多个特定位置布置过载和温度传感器，同时获取撞击过程中撞击器上不同位置处的过载数据，为冲击防护性能评估提供基础数据。
本发明解决技术的方案是：一种深空撞击器，包括结构壳体、高加固模块；所述的高加固模块位于结构壳体内部；所述高加固模块采用分层缓冲防护结构形式，包括外壳、内胆、外壳端盖、内胆端盖、缓冲隔热层、灌封层和电路板，其中电路板采用环氧树脂整体灌封加固，外围为灌封层，灌封层外围由缓冲隔热层整体包覆后放置在内胆中，通过内胆端盖压紧固定；内胆与外壳为过渡配合安装，通过外壳端盖压紧固定。
进一步的，所述的结构壳体通过连接分离模块连接控制模块和推进模块，在到达目标天体前与结构壳体进行分离。
一种深空撞击器冲击防护性能评估方法，通过下述方式实现：
步骤一、在深空撞击器上进行传感器布局，所述的传感器包括过载传感器和温度传感器；
步骤二、进行地面试验，获得深空撞击器中不同安装位置过载和温度变化数据；
步骤三、根据步骤二中每个安装位置温度变化数据，通过与过载传感器的温度漂移特性对比进行每个安装位置过载变化数据校正；
步骤四、使用步骤三中校正后的过载变化数据，分析撞击器的过载冲击横向分布、纵向分布，反演评估冲击防护性能。
优选的，所述的传感器布局根据撞击器的过载和温度测量需求，至少需要在结构壳体头部和尾部中轴线处、外壳底部中心、外壳底部边缘对称位置、外壳端盖中心、内胆底部中心和电路板上布置过载传感器，在距离各点过载传感器2cm范围内，布置温度传感器，形成撞击器传感器网络。
优选的，外壳底部边缘对称位置传感器的安装至少4处。
优选的，传感器安装过程中需要确保传感器与其它部件不接触，距离至少大于5mm；所述的其它部件为深空撞击器中除传感器所在安装部件外的其余组成部件。
优选的，过载传感器采用螺接方式固定，温度传感器采用胶结方法固定。
优选的，所述步骤二中的地面试验必须确保撞击初始姿态偏差小于5°。
优选的，所述步骤三中的校正通过下述方式实现：
(1)根据过载传感器选型，确定过载传感器的温度漂移特性公式；
(2)利用步骤二中的温度变化数据，根据步骤(1)所述过载传感器的温度漂移特性公式计算过载随温度变化的偏移量，将此偏移量与步骤二中的过载变化数据相加得到校正后的过载变化数据。
优选的，所述步骤四中的反演评估冲击防护性能通过下述方式实现：
利用步骤三校正后的结构壳体头部和尾部中轴线处的过载变化数据求得结构壳体均值过载数据；
利用步骤三校正后的外壳底部边缘至少4处对称位置的过载变化数据求得高加固模块外壳的均值过载数据；
通过比较结构壳体均值过载数据与高加固模块外壳的均值过载数据，评估确定结构壳体的冲击防护效能；
通过比较高加固模块外壳的均值过载数据与内胆底部中心位置处的过载变化数据，评估确定高加固模块外壳的冲击防护效能；
通过比较内胆底部中心位置与电路板上的过载数据，评估确定缓冲隔热层与灌封层的冲击防护效能。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)通过传感器布局的设计，用多个点的传感器数据替代单一的传感器测量数据，能够有效剔除因传感器故障或安装问题而产生的野值，提高过载测量数据的置信度；
(2)通过结构壳体上多个不同位置处过载传感器数据的差异，可以反演出撞击器结构壳体受力情况，为结构壳体的设计优化提供参考数据；
(3)通过撞击器内部各部件上的过载传感器数据差异，可以反演评估冲击防护设计的性能，为缓冲防护层的设计提供参考数据；
(4)通过撞击器内部各部件上的温度传感器数据差异，可以反演评估内部保温隔热的性能，为保温隔热层的设计提供参考数据；
(5)通过在同一位置上分别安装过载和温度传感器，可获得每个过载测量数据所对应的温度，能够校正过载传感器因温度变化而出现的偏差，提高过载测量数据的准确性。
附图说明
图1为撞击器纵向剖面图；
图2为高加固模块剖面图；
图中编号表示：1—结构壳体、2—外壳、3—外壳端盖、4—内胆、5—内胆端盖、6—缓冲隔热层、7—灌封层、8—电路板。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1给出一种深空撞击器，该撞击器包括结构壳体1、高加固模块；所述的高加固模块位于结构壳体1内部；所述高加固模块采用分层缓冲防护结构形式，包括外壳2、内胆4、外壳端盖3、内胆端盖5、缓冲隔热层6、灌封层7和电路板8，其中电路板采用环氧树脂整体灌封加固，外围为灌封层，灌封层外围由缓冲隔热层整体包覆后放置在内胆中，通过内胆端盖压紧固定；内胆与外壳为过渡配合安装，通过外壳端盖压紧固定。本发明深空撞击器中的结构外壳通过连接分离模块与控制模块和推进模块连接，在到达目标天体前实现与结构壳体的分离。
本发明针对深空高速撞击可存活探测任务的特点，提供了一种用于冲击防护性能评估的传感器网络布局方法，在撞击器上多点布置过载和温度传感器，通过不同传感器间的数值差异反演不同位置处的过载。本发明过载和温度传感器布置在撞击器本体不同位置，通过不同传感器间的数值差异，来反演不同位置处的过载，并进一步推导出每层缓冲防护结构的缓冲效果。具体如图1、2所示，根据撞击器的过载和温度测量需求，传感器布局至少需要在结构壳体头部A和尾部中轴线B处、外壳底部中心C、外壳底部边缘对称位置GHIJ(至少4处)、外壳端盖中心D、内胆底部中心E和电路板上F等位置布置过载传感器，在距离各点的过载传感器2cm范围内布置温度传感器，形成撞击器传感器网络。可根据需要在结构壳体其它位置有选择地布置传感器。具体的，过载传感器采用螺接方式固定，温度传感器采用胶结方法固定。
本发明冲击防护性能评估方法，具体通过下述方式实现：
步骤一、按照上述说明进行传感器布局；需要确保传感器与其它部件(除了传感器安装的那个部件以外的其它所有部件)不接触，距离至少大于5mm；
步骤二、进行地面试验，获得撞击器中不同安装位置过载和温度变化数据；地面试验必须确保撞击初始姿态偏差小于5°。
步骤三、根据步骤二中每个安装位置温度变化数据，通过与过载传感器的温度漂移特性对比进行每个安装位置过载变化数据校正；通过温度传感器是用来校正过载随时间变化的误差，提高数据可信度；具体校正步骤如下：
(1)根据过载传感器选型，确定过载传感器的温度漂移特性公式；
(2)利用步骤二中的温度变化数据，根据步骤(1)所述过载传感器的温度漂移特性公式计算过载随温度变化的偏移量，将此偏移量与步骤二中的过载变化数据相加得到校正后的过载变化数据。
步骤四、使用步骤三中校正后的过载变化数据，分析撞击器的过载冲击横向分布、纵向分布，反演评估冲击防护性能。
利用步骤三所述校正后的A、B处的过载变化数据求得结构壳体均值过载数据；
利用步骤三所述校正后的G、H、I、J处的过载变化数据求得高加固模块外壳的均值过载数据；
通过比较结构壳体均值过载数据与高加固模块外壳的均值过载数据的，评估确定结构壳体的冲击防护效能；
通过比较高加固模块外壳的均值过载数据与内胆底部E位置处的过载变化数据，评估确定高加固模块外壳的冲击防护效能；
通过比较内胆底部E位置与电路板上F位置的过载数据，评估确定缓冲隔热层与灌封层的冲击防护效能。
更具体的可以参见下表进行冲击防护性能评估。
序号 传感器位置 可反演参数 备注
1 A、B、C、D、E、F、G 过载冲击纵向分布
2 G、H、I、J 过载冲击横向分布
3 C、D、G、H、I、J 高加固外壳冲击分布
4 A、B 结构壳体的冲击吸收效果
5 C、D、E 高加固外壳与内胆间缓冲防护效果
6 D、E、F 灌封电路与高加固内胆间缓冲防护效果
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (6)

1.一种深空撞击器冲击防护性能评估方法，其特征在于通过下述方式实现：
步骤一、在深空撞击器上进行传感器布局；
所述深空撞击器包括结构壳体、高加固模块；所述的高加固模块位于结构壳体内部；所述高加固模块采用分层缓冲防护结构形式，包括外壳、内胆、外壳端盖、内胆端盖、缓冲隔热层、灌封层和电路板，其中电路板采用环氧树脂整体灌封加固，外围为灌封层，灌封层外围由缓冲隔热层整体包覆后放置在内胆中，通过内胆端盖压紧固定；内胆与外壳为过渡配合安装，通过外壳端盖压紧固定；
所述的传感器包括过载传感器和温度传感器；所述的传感器布局根据撞击器的过载和温度测量需求，至少需要在结构壳体头部和尾部中轴线处、外壳底部中心、外壳底部边缘对称位置、外壳端盖中心、内胆底部中心和电路板上布置过载传感器，在距离各点过载传感器2cm范围内，布置温度传感器，形成撞击器传感器网络；外壳底部边缘对称位置传感器的安装至少4处；
步骤二、进行地面试验，获得深空撞击器中不同安装位置过载和温度变化数据；
步骤三、根据步骤二中每个安装位置温度变化数据，通过与过载传感器的温度漂移特性对比进行每个安装位置过载变化数据校正；
步骤四、使用步骤三中校正后的过载变化数据，分析撞击器的过载冲击横向分布、纵向分布，反演评估冲击防护性能；
所述步骤四中的反演评估冲击防护性能通过下述方式实现：
利用步骤三校正后的结构壳体头部和尾部中轴线处的过载变化数据求得结构壳体均值过载数据；
利用步骤三校正后的外壳底部边缘至少4处对称位置的过载变化数据求得高加固模块外壳的均值过载数据；
通过比较结构壳体均值过载数据与高加固模块外壳的均值过载数据，评估确定结构壳体的冲击防护效能；
通过比较高加固模块外壳的均值过载数据与内胆底部中心位置处的过载变化数据，评估确定高加固模块外壳的冲击防护效能；
通过比较内胆底部中心位置与电路板上的过载数据，评估确定缓冲隔热层与灌封层的冲击防护效能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：传感器安装过程中需要确保传感器与其它部件不接触，距离至少大于5mm；所述的其它部件为深空撞击器中除传感器所在安装部件外的其余组成部件。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：过载传感器采用螺接方式固定，温度传感器采用胶结方法固定。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤二中的地面试验必须确保撞击初始姿态偏差小于5°。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤三中的校正通过下述方式实现：
（1）根据过载传感器选型，确定过载传感器的温度漂移特性公式；
（2）利用步骤二中的温度变化数据，根据步骤（1）所述过载传感器的温度漂移特性公式计算过载随温度变化的偏移量，将此偏移量与步骤二中的过载变化数据相加得到校正后的过载变化数据。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的结构壳体通过连接分离模块连接控制模块和推进模块，在到达目标天体前与结构壳体进行分离。
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