硕士开题报告

1、2012-11-22学生：侯晓林学生：侯晓林导师：张建华导师：张建华班级：班级：ZY11151ZY11151主要内容一、概述二、发展概况三、研究内容与创新之处四、关键技术五、拟采取的路线六、已完成的工作和得到的结果七、研究进度安排本文研究对象是真空羽流实验系统中的几何测量与误差校准。本文研究对象是真空羽流实验系统中的几何测量与误差校准。一、概述一、概述1.1真空羽流介绍真空羽流介绍火箭发动机是空间推进领域常用的推力器，航天器所携带的火火箭发动机是空间推进领域常用的推力器，航天器所携带的火箭发动机或推力器主要有：固体火箭发动机、液体火箭发动机和箭发动机或推力器主要有：固体火箭发动机、液体火箭发动

2、机和电推力器。在高空稀薄环境下工作时，火箭发动机的喷流会向外电推力器。在高空稀薄环境下工作时，火箭发动机的喷流会向外部环境自由膨胀而形成真空羽流，羽流产物一般包含燃烧产物和部环境自由膨胀而形成真空羽流，羽流产物一般包含燃烧产物和未完全燃烧的推进剂。在稀薄环境下这些推力器的喷流会向后流未完全燃烧的推进剂。在稀薄环境下这些推力器的喷流会向后流动，与航天器表面撞击，产生对航天器的扰动力或力矩，也可能动，与航天器表面撞击，产生对航天器的扰动力或力矩，也可能沉积在表面上而形成污染膜或对表面形成磨损等破坏。沉积在表面上而形成污染膜或对表面形成磨损等破坏。一、概述一、概述1.1真空羽流介绍真空羽流介绍由于羽

3、流效应问题的突显，科研人员对羽流效应的实验研究越来越由于羽流效应问题的突显，科研人员对羽流效应的实验研究越来越重视。开展羽流实验研究主要分为空间搭载飞行实验和地面模拟实验，重视。开展羽流实验研究主要分为空间搭载飞行实验和地面模拟实验，前者的实验数据真实可信，但实验次数少，单次实验成本高、周期长、前者的实验数据真实可信，但实验次数少，单次实验成本高、周期长、获得实验数据有限；后者的实验系统虽然一次性投资大，但单次实验成获得实验数据有限；后者的实验系统虽然一次性投资大，但单次实验成本低，且能重复进行实验。与昂贵的航天器空间搭载实验相比，地面模本低，且能重复进行实验。与昂贵的航天器空间搭载实验相比，

4、地面模拟实验可以节约成本，还能进行多工况、多状态、缩比模型的原理性验拟实验可以节约成本，还能进行多工况、多状态、缩比模型的原理性验证性实验。因此，构建地面模拟实验系统开展羽流气动力效应实验研究证性实验。因此，构建地面模拟实验系统开展羽流气动力效应实验研究成为科研人员首选。成为科研人员首选。一、概述一、概述1.1真空羽流介绍真空羽流介绍为此，北航专门搭建了直径为此，北航专门搭建了直径5.5m5.5m、长、长12.6m12.6m的真空舱，专门用于的真空舱，专门用于开展真空羽流试验研究。该舱采用了大跨度的加强圈方案、内插式开展真空羽流试验研究。该舱采用了大跨度的加强圈方案、内插式焊接结构、单轴双铰链

5、式大门结构、液氮冷板和液氦冷板一体式的焊接结构、单轴双铰链式大门结构、液氮冷板和液氦冷板一体式的结构方案等，能满足我国结构方案等，能满足我国120N级以下、在轨工作高度级以下、在轨工作高度120km的姿控的姿控发动机各类羽流效应实验需求。发动机各类羽流效应实验需求。由于即便是开展地面模拟羽流试验，研究成本也比较高昂，姿控由于即便是开展地面模拟羽流试验，研究成本也比较高昂，姿控及轨控发动机对空间姿态要求又比较高，所以做好关舱前的测量工及轨控发动机对空间姿态要求又比较高，所以做好关舱前的测量工作，确保发动机位姿与试验要求保持一致，相当重要。作，确保发动机位姿与试验要求保持一致，相当重要。一、概述一

6、、概述1.2几何测量介绍几何测量介绍几何测量主要是指各种机械零部件表面几何尺寸和形状的参数测几何测量主要是指各种机械零部件表面几何尺寸和形状的参数测量。几何测量参数包括零件本身的外形尺寸、定位尺寸、表面粗糙量。几何测量参数包括零件本身的外形尺寸、定位尺寸、表面粗糙度，以及零件与零件之间的角度参数、坐标尺寸、相对位置等。测度，以及零件与零件之间的角度参数、坐标尺寸、相对位置等。测量的过程是一个比较的过程，在这一过程中，除了明确被测对象、量的过程是一个比较的过程，在这一过程中，除了明确被测对象、计量单位以外，还需要采用一定的方法，选用合理的计量器具，以计量单位以外，还需要采用一定的方法，选用合理的

7、计量器具，以及判定测量结果是否准确可靠。因此，一个完整的测量过程应包括及判定测量结果是否准确可靠。因此，一个完整的测量过程应包括被测对象、计量单位、测量方法以及测量精度四个要素。被测对象、计量单位、测量方法以及测量精度四个要素。一、概述一、概述1.2几何测量介绍几何测量介绍计量器具是用于直接或间接测出被测对象量值的量具、计量计量器具是用于直接或间接测出被测对象量值的量具、计量仪器（仪表）和计量装置的统称。仪器（仪表）和计量装置的统称。1 1、量具：量具是指结构比较简单、能以固定形式复现量值的、量具：量具是指结构比较简单、能以固定形式复现量值的计量器具，包括单值量具、角度块、多值量具（如线纹尺）

8、、标计量器具，包括单值量具、角度块、多值量具（如线纹尺）、标准量具（如多面棱体）等。准量具（如多面棱体）等。2 2、计量仪器、计量仪器 机械式量仪机械式量仪 指用机械方法实现原始信号转换的量仪，指用机械方法实现原始信号转换的量仪，如指示表、杠杆比较仪等。如指示表、杠杆比较仪等。 光学式量仪光学式量仪 指用光学方法实现原始信号转换的量仪，指用光学方法实现原始信号转换的量仪，如电子游标卡尺、测长仪、干涉仪、激光准直仪等。如电子游标卡尺、测长仪、干涉仪、激光准直仪等。一、概述一、概述1.2几何测量介绍几何测量介绍 电动式量仪 指将原始信号转换为电量形式信息的量仪，如非接触式电流测量仪、表面粗糙度检查

9、仪等。式电流测量仪、表面粗糙度检查仪等。 气动式量仪 指以压缩空气为介质，通过气动系统流量或压力的变化来实现原始信号转换的量仪，如浮标式气动量仪、水柱式气动量仪等。 光电综合类量仪 指综合应用光、机、电技术进行测量的、且一般都配有微机系统进行自动检测、数据处理、结果输出的量仪，如三坐标测量机、齿轮测量中心等。一、概述一、概述1.2几何测量介绍几何测量介绍测量方法的分类测量方法的分类1 1、按示值方式不同分为：绝对测量和相对测量（比较测量）；、按示值方式不同分为：绝对测量和相对测量（比较测量）；2 2、按测量结果获得方法不同分为：直接测量和间接测量；、按测量结果获得方法不同分为：直接测量和间接测

10、量；3 3、按计量器具的测量元件与被测两件表面之间是否有机械接触分为：接触测量和、按计量器具的测量元件与被测两件表面之间是否有机械接触分为：接触测量和非接触测量；非接触测量；4 4、按测量条件在整个测量过程中是否发生变化分为：等精度测量和不等精度测量；、按测量条件在整个测量过程中是否发生变化分为：等精度测量和不等精度测量；5 5、按零件上同时被测参数的多少及参数的特性分为：单项测量和综合测量；、按零件上同时被测参数的多少及参数的特性分为：单项测量和综合测量；6 6、按在工艺过程中的作用分为：主动测量和被动测量；、按在工艺过程中的作用分为：主动测量和被动测量；7 7、按测量时计量器具的测量元件与

11、被测零件之间是否有相对运动分为：静态测量、按测量时计量器具的测量元件与被测零件之间是否有相对运动分为：静态测量和动态测量。和动态测量。一、概述一、概述1.3羽流实验中包含的测量问题羽流实验中包含的测量问题 真空羽流试验系统在实验过程中涉及到测量误差主要为位置度真空羽流试验系统在实验过程中涉及到测量误差主要为位置度误差，分为定向误差和定位误差。定向误差存在于舱内发动机安装平误差，分为定向误差和定位误差。定向误差存在于舱内发动机安装平台与三维移动机构台与三维移动机构z z轴的垂直度误差、与轴的垂直度误差、与xyxy轴的平行度误差，热力压力轴的平行度误差，热力压力帕中心位置与发动机喷嘴轴线的同轴度误

12、差，力热测板与发动机喷嘴帕中心位置与发动机喷嘴轴线的同轴度误差，力热测板与发动机喷嘴端口平面的平行度误差；定位误差存在于力热测板与发动机喷嘴端口端口平面的平行度误差；定位误差存在于力热测板与发动机喷嘴端口平面的位置度误差，三维坐标移动的补偿误差等。在人员进入舱内时，平面的位置度误差，三维坐标移动的补偿误差等。在人员进入舱内时，由于人体重力原因导致导轨受力变形，作用到发动机上有一定的角度由于人体重力原因导致导轨受力变形，作用到发动机上有一定的角度和位置偏差。比如，某型号发动机喷嘴端口与对应测板的平行度和垂和位置偏差。比如，某型号发动机喷嘴端口与对应测板的平行度和垂直度误差，以及中心对准等。直度误

13、差，以及中心对准等。二、集合测量技术的发展概况二、集合测量技术的发展概况近年来，随着市场的不断变化和工业技术的快速发展，加工精近年来，随着市场的不断变化和工业技术的快速发展，加工精度更高、具有更高附加值的产品无疑更具竞争力。在产品的开发度更高、具有更高附加值的产品无疑更具竞争力。在产品的开发过程中，测量技术也日益凸显出重要作用。随着信息技术及光机过程中，测量技术也日益凸显出重要作用。随着信息技术及光机电一体化、系统化的发展，测量技术、测量仪器也正向着高精密电一体化、系统化的发展，测量技术、测量仪器也正向着高精密度、高效率、智能化、集成化和非接触式方向发展。度、高效率、智能化、集成化和非接触式方

14、向发展。国外发展：国外发展： 高精度，多维化测量；高精度，多维化测量； 非接触式高速测量非接触式高速测量 现场在线测量；现场在线测量；二、集合测量技术的发展概况二、集合测量技术的发展概况二、集合测量技术的发展概况二、集合测量技术的发展概况国内测量技术的发展现状国内测量技术的发展现状 我国的测量计量技术及量仪科学曾有过快速发展时期，在长度我国的测量计量技术及量仪科学曾有过快速发展时期，在长度计量基准和标准检定方面与工业发达国家水平相差不大，个别项目还计量基准和标准检定方面与工业发达国家水平相差不大，个别项目还居于国际先进水平。但总体上，我国的测量计量技术基础薄弱，和发居于国际先进水平。但总体上，

15、我国的测量计量技术基础薄弱，和发达国家存在较大差距，尤其是在新型测量技术及仪器领域差距更加明达国家存在较大差距，尤其是在新型测量技术及仪器领域差距更加明显，尽管部分项目已经接近国际水平，如测量速度和测量精度，但仪显，尽管部分项目已经接近国际水平，如测量速度和测量精度，但仪器设备的可靠性和稳定性还有待进一步提高。目前国内最明显的现象器设备的可靠性和稳定性还有待进一步提高。目前国内最明显的现象是在一个生产装备水平较高的工厂内，先进的测量仪器，特别是高端是在一个生产装备水平较高的工厂内，先进的测量仪器，特别是高端产品设备几乎全部来自进口，几乎见不到国产设备。产品设备几乎全部来自进口，几乎见不到国产设

16、备。二、几何测量技术的发展概况二、几何测量技术的发展概况 工程技术的发展及制造业的进步，深刻影响着测量技术和测量仪器的研究。随工程技术的发展及制造业的进步，深刻影响着测量技术和测量仪器的研究。随着光机电一体化、系统化的发展，近年来利用光学原理的激光非接触测量已经得到广着光机电一体化、系统化的发展，近年来利用光学原理的激光非接触测量已经得到广泛应用，其高速度、高精度以及高效率将成为当今最好的测量技术，同时，它的使用泛应用，其高速度、高精度以及高效率将成为当今最好的测量技术，同时，它的使用克服了以前接触测量难以解决的难题。如随着非接触、高精度、高效率测量机的大量克服了以前接触测量难以解决的难题。如

17、随着非接触、高精度、高效率测量机的大量出现，测量技术的发展方向大致如下：出现，测量技术的发展方向大致如下：(1)(1)测量精度由微米级向纳米级发展，测量分辨力进一步提高；测量精度由微米级向纳米级发展，测量分辨力进一步提高；(2)(2)由点测量向面测量过渡由点测量向面测量过渡( (即由长度的精密测量扩展至形状的精密测量即由长度的精密测量扩展至形状的精密测量) )，提高整体，提高整体测量精度；测量精度；(3)(3)随着图像处理等新技术的应用，遥感技术在精密测量工程中将得到推广和普及；随着图像处理等新技术的应用，遥感技术在精密测量工程中将得到推广和普及；(4)(4)测量机将向着功能综合化方向进一步发

18、展，一是提高测量机的功能，增加检测项测量机将向着功能综合化方向进一步发展，一是提高测量机的功能，增加检测项目；另一方面是扩大检测范围，一台测量机配有多个方式不同的检测器，可分别检测目；另一方面是扩大检测范围，一台测量机配有多个方式不同的检测器，可分别检测不同的测量对象。不同的测量对象。二、几何测量技术的发展概况二、几何测量技术的发展概况 工程技术的发展及制造业的进步，深刻影响着测量技术和测量仪器的研究。随工程技术的发展及制造业的进步，深刻影响着测量技术和测量仪器的研究。随着光机电一体化、系统化的发展，近年来利用光学原理的激光非接触测量已经得到广着光机电一体化、系统化的发展，近年来利用光学原理的

19、激光非接触测量已经得到广泛应用，其高速度、高精度以及高效率将成为当今最好的测量技术，同时，它的使用泛应用，其高速度、高精度以及高效率将成为当今最好的测量技术，同时，它的使用克服了以前接触测量难以解决的难题。如随着非接触、高精度、高效率测量机的大量克服了以前接触测量难以解决的难题。如随着非接触、高精度、高效率测量机的大量出现，测量技术的发展方向大致如下：出现，测量技术的发展方向大致如下：(1)(1)测量精度由微米级向纳米级发展，测量分辨力进一步提高；测量精度由微米级向纳米级发展，测量分辨力进一步提高；(2)(2)由点测量向面测量过渡由点测量向面测量过渡( (即由长度的精密测量扩展至形状的精密测量

20、即由长度的精密测量扩展至形状的精密测量) )，提高整体，提高整体测量精度；测量精度；(3)(3)随着图像处理等新技术的应用，遥感技术在精密测量工程中将得到推广和普及；随着图像处理等新技术的应用，遥感技术在精密测量工程中将得到推广和普及；(4)(4)测量机将向着功能综合化方向进一步发展，一是提高测量机的功能，增加检测项测量机将向着功能综合化方向进一步发展，一是提高测量机的功能，增加检测项目；另一方面是扩大检测范围，一台测量机配有多个方式不同的检测器，可分别检测目；另一方面是扩大检测范围，一台测量机配有多个方式不同的检测器，可分别检测不同的测量对象。不同的测量对象。三、研究内容与创新之处三、研究内

21、容与创新之处本文的主要研究目标是针对真空羽流系统当前落后低下的测量方法和手段进本文的主要研究目标是针对真空羽流系统当前落后低下的测量方法和手段进行误差分析、改进测量方法并设计出可行通用的测量装置，具体研究内容如下：行误差分析、改进测量方法并设计出可行通用的测量装置，具体研究内容如下：1. 1. 阅读、整理国内外文献，掌握各种先进的测量方法，分析国内外测量中阅读、整理国内外文献，掌握各种先进的测量方法，分析国内外测量中遇到的问题及常用的测量技巧；遇到的问题及常用的测量技巧；2. 2. 利用有限元分析软件对舱内可能产生变形的器件逐一校核，算出各模块利用有限元分析软件对舱内可能产生变形的器件逐一校核

22、，算出各模块的误差积累量；的误差积累量；3. 3. 结合实验项目，设计通用的测量辅助工具或者应用全新的测量装置，达结合实验项目，设计通用的测量辅助工具或者应用全新的测量装置，达到快速测量与校准的目的；到快速测量与校准的目的；4. 4. 计算以上应用的测量装置的系统误差，验证是否有减小误差的效果，减计算以上应用的测量装置的系统误差，验证是否有减小误差的效果，减小多少等。小多少等。四、关键技术四、关键技术1 1，舱内导轨安装工件的分类，建模，有限元分析；，舱内导轨安装工件的分类，建模，有限元分析；2 2，误差的积累叠加方法研究；，误差的积累叠加方法研究；3 3，设计辅助测量装置，改进现有测量工装，

23、三维装配的建模，设计辅助测量装置，改进现有测量工装，三维装配的建模与仿真；与仿真；4 4，误差分析与数据处理；，误差分析与数据处理；五、拟采取的技术路线五、拟采取的技术路线1 1，以三维软件和有限元分析软件为基础，进行三维建模和有限元分析；，以三维软件和有限元分析软件为基础，进行三维建模和有限元分析；2 2，应有误差分析和数据处理方法分析误差；，应有误差分析和数据处理方法分析误差；3 3，根据现有测量方法及测量装置，改进测量方法，设计全新的测量装，根据现有测量方法及测量装置，改进测量方法，设计全新的测量装置；置；4 4，将得到的成果应用于实验中去，验证测量装置及测量方法的可行性，将得到的成果应用于实验中去，验证测量装置及测量方法的可行性和实际效果；和实际效果；六、已完成的工作和得到的结果六、已完成的工作和得到的结果目前本人阅读了一定量的中外文献，对几何测量与误差校准技术有所目前本人阅读了一定量的中外文献，对几何测量与误差校准技术有所了解，通过学习真空羽流方面的文献资料