【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空航天结构健康监测领域，尤其是涉及一种运载器热防护系统冲击事件的缓冲导波成像监测方法。
技术介绍
1、世界航天已进入大规模进出空间的新阶段，对运载器研制提出了急迫需求。为了应对高速进入大气层过程中气动加热产生的极端高温环境，运载器必须装备有热防护系统。热防护系统是发展和保障运载器在极端工况下安全服役的最为关键的核心系统，其结构的安全性和完整性直接决定了运载器研制的成败和下一代航天运输系统的航班化运营能力。在实际服役中，运载器热防护系统除了经历非常恶劣的高温和空气动力学环境，还很可能受到外部冲击。典型的热防护系统冲击事件包括地面和升空过程中的雷电冲击、升空过程中自身脱落部件对其的撞击，以及太空运行中受到的太空碎片冲击等。这些冲击事件严重降低了热防护系统结构的安全性和可靠性，并极易导致整个热防护系统的灾难性事故。因此，热防护系统冲击事件在线监测研究变得日益重要。然而，热防护系统具有严苛高温工况，易使布置于被测结构中的传感器难以正常工作甚至生存，严重阻碍了依赖传感器安全可靠工作的冲击事件监测技术在热防护系统中的应用。
2、目前在运载器上得到广泛应用的代表性热防护系统主要有增强碳/碳材料、超高温陶瓷材料、整体增韧抗氧化复合材、金属热防护系统和陶瓷基复合材料盖板式热防护系统等。它们常安装于运载器鼻锥、机翼前缘、机腹等迎风面重点热防护部位。为了便于可重复使用中的拆卸、检测和维护，这些热防护系统在运载器上的安装布置大多数采用了螺栓连接、胶连接在内的机械连接方式。针对这些机械连接式热防护系统的冲击事件监测已成为亟需解
3、因此，有必要提供一种运载器热防护系统冲击事件的缓冲导波成像监测方法，来解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种运载器热防护系统冲击事件的缓冲导波成像监测方法，利用结构冲击所产生的导波响应可远距离缓冲传播的优势，将作为传感器的压电片布置于热防护系统冷端一侧的冷结构中。当热防护系统的热面板遭受冲击时，会在冲击点激发出导波响应，并经机械连接机构从热面板结构缓冲传播至冷结构的压电片处，从而可实现对热防护系统冲击事件的缓冲导波压电传感。在此基础上利用压电采集到的缓冲导波信号进行迭代成像处理，最终实现对热防护系统冲击事件的成像监测。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种运载器热防护系统冲击事件的缓冲导波成像监测方法，包括以下步骤：
3、s1：在热防护系统冷端一侧的安全区域布置q个压电片，q不小于3；
4、s2：当冲击事件发生时，热防护系统热结构中产生了导波响应并沿连接机构缓冲传播至冷端一侧布置的各压电片pi处；
5、s3：同步采集各压电片pi接收到的缓冲导波信号ii(t)，其中，t为时间变量，i＝1,2,…,q；
6、s4：初步确定各个缓冲导波信号ii(t)中直达波的波达时间pti，并选择出pti的最小值ptmin；
7、s5：将各个缓冲导波信号ii(t)向左时移ptmin得到起始点预对齐的缓冲导波信号vi(t)＝ii(t+ptmin)；
8、s6：将各个缓冲导波信号vi(t)向右时移时间步长δt，得到vi(t-δt)；
9、s7：利用所有的vi(t-δt)进行高分辨率成像处理；
10、s8：重复进行上述步骤s6-s7，得到对vi(t)向右时移不同时间步长nδt后的成像结果，分别提取出各成像结果中的最大像素值mn，其中，n为向右时移的时间步长数，n＝1,2,…,n，n为最大的向右时移的时间步长数；
11、s9：以最大mn所对应的高分辨率成像结果作为热防护系统冲击事件的最终缓冲导波成像监测结果。
12、优选的，在步骤s7中具体包括以下步骤：
13、s71：对各vi(t-δt)进行频散补偿处理，得到分辨率增强的缓冲导波信号v1i(t)；
14、s72：构建任两个压电片pi和pj之间的缓冲导波信号：vij(t)＝v1i(t)*v1j(t)*va(t)，其中，j＝1,2,…,q，i≠j，*表示卷积运算，va(t)为所选的中心频率为ωc的窄带波形，ωc为所选中心角频率；
15、s73：求取vij(t)的包络sij(t)；
16、s74：计算热防护系统监测区域所有位置的像素值：
17、其中，(x,y)是热防护系统监测区域中任一位置的坐标值，sij[tij(x,y)]为(x,y)处的像素点对应包络sij(t)所获取的信号幅值，tij(x,y)为vij(t)所对应导波模式从监测区域(x,y)位置处出发分别缓冲传播至压电片pi和pj所对应的缓冲传播时间以及参考时间之和；
18、s75：计算热防护系统监测区域所有位置的像素值，得到高分辨率成像结果。
19、优选的，在步骤s2中，冲击事件，包括运载器热防护系统在地面和升空过程中的雷电冲击、工具或自身脱落部件对其的撞击以及太空运行中受到的太空碎片冲击。
20、优选的，在步骤s71中具体包括以下步骤：
21、s711：求取线性化波数曲线：k1(ω)＝k0(ωc)+1/cg·(ω-ωc)，其中，k1(ω)为线性化的波数曲线，k0(ω)为缓冲导波信号所对应导波模式原始频散的绝对波数曲线或相对波数曲线，ω为角频率，cg为所对应导波模式在ωc下传播的群速度；
22、s712：计算频域插值映射序列：其中，ω1(ω)为计算出的频域插值映射序列，为k0(ω)的逆函数；
23、s713：对vi(t-δt)进行频域插值处理：v1i(ω)＝vi[ω1(ω)]，其中，v1i(ω)为频域插值处理结果，vi(ω)为vi(t-δt)的傅里叶变换结果；
24、s714：对v1i(ω)进行逆傅里叶变换得到v1i(t)；
25、s715：仅保留各v1i(t)中对应为直达波的部分，后面的信号部分置零。
26、因此，本专利技术采用上述一种运载器热防护系统冲击事件的缓冲导波成像监测方法，具备以下有益效果：
27、(1)本专利技术通过热防护系统冷端一侧安全区域布置的压电片，可实现对严苛高温工况下热防护系统冲击事件安全可靠的缓冲导波在线传感。
28、(2)本专利技术通过对不同延迟的缓冲导波信号进行迭代成像，解决了冲击缓冲导波响应信号预采集时间未知和难以直接实施冲击成像监测的问题。
29、(3)本专利技术在冲击事件缓冲导波迭代成像中，考虑了缓冲导波的频散补偿处理，提高了成像的分辨率，增强了对具有复杂结构的热防护系统冲击成像监测的可靠性。
30、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种运载器热防护系统冲击事件的缓冲导波成像监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种运载器热防护系统冲击事件的缓冲导波成像监测方法，其特征在于：在步骤S7中具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种运载器热防护系统冲击事件的缓冲导波成像监测方法，其特征在于：在步骤S2中，冲击事件，包括运载器热防护系统在地面和升空过程中的雷电冲击、工具或自身脱落部件对其的撞击以及太空运行中受到的太空碎片冲击。
4.根据权利要求2所述的一种运载器热防护系统冲击事件的缓冲导波成像监测方法，其特征在于：在步骤S71中具体包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种运载器热防护系统冲击事件的缓冲导波成像监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种运载器热防护系统冲击事件的缓冲导波成像监测方法，其特征在于：在步骤s7中具体包括以下步骤：
3.根据权利要求1所述的一种运载器热防护系统冲击事件的缓冲导波成像...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡建，余晓东，季佳文，费伟民，姚晓增，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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