近日，东南大学土木工程学院何小元教授团队在超大直径运载火箭舱段全周变形实时测量研究上取得突破，相关研究成果10月19日以“基于相机网络的运载火箭舱段全周变形实时测量”在《中国科学:技术科学》在线发表。
舱段结构是超大直径运载火箭的重要组成部分，地面荷载试验则是分析舱段承载能力的重要环节。在荷载试验中，需要测量每一级荷载作用下的舱段结构变形信息，以分析结构变形状态和力学性能。对于运载火箭舱段全周变形实时测量，有以下三个问题和挑战需要解决。第一个问题是大尺度散斑场制作问题，为了实现舱段结构表面高精度变形测量，需要在近百平方米结构面上制作高质量散斑场。第二个问题是大尺度全周测量需要解决多套三维系统高精度坐标统一难题，以实现超大直径舱段表面360°全周变形高精度测量。第三个问题是舱段变形实时测量问题，需要在加载过程中实时测量加载点附件舱段变形分布。
针对超大直径运载火箭舱段全周变形实时测量需求，团队创新提出多相机网络全周变形测量方法，研制了由24台相机组成的多相机网络变形测量系统。为了解决大尺度散斑场制作问题，提出使用数字散斑转印方法，将7.2mm直径数字散斑转印到火箭舱段表面。为了解决舱段局部变形实时测量问题，研制了基于并行计算策略的实时三维变形测量软件。单套双目测量系统与一台电脑连接，实时测量并显示笛卡尔坐标系下的区域变形。成功实现70000点/s的实时三维位移测量和表面应变测量。基于柱坐标下的360°全周变形测量结果，成功实现扩散角的高精度计算。在百平方米测量范围上，三个方向位移静态噪声标准差小于0.01mm，应变静态噪声标准差小于50微应变，位移测量分辨率达到测量范围的百万分之一。研究工作对于箭体结构的承载试验与分析具有极其重要的应用价值。
该论文第一作者为青年教师邵新星博士，通讯作者为何小元教授，研究工作得到了国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金重大科研仪器研制项目和北京强度环境研究所的资助。
论文链接为：http://engine.scichina.com/doi/10.1360/SST-2021-0273
图1 实时变形测量现场图与加载位置的扩散角
