航天器板状部件在轨热应变FBG测量方法研究

以SAR卫星天线为代表的航天器板状部件在航天领域应用广泛，在轨环境导致的该类型部件热应变对航天器测量精度的影响不容忽视。为补偿在轨热应变导致的航天器测量误差，提出了一种基于光纤光栅传感网络的板状部件在轨热应变测量方法，在阐述测量原理的基础上，利用ABAQUS进行了热应变仿真分析，进而设计了基于光纤光栅传感网络的在轨热应变测量系统，开展了测量实验。结果表明，文章提出的方法测量相对误差小于5%，可实现航天器板状部件在轨热应变的高精度测量。

卫星在轨运行时，在太阳的正对辐射下处于高温，如果所处位置背对地球被遮挡，则处于低温，极限温度在−120℃~120℃变化 [1]，如图1 所示。卫星轨道运动导致太阳照射角和向阳面不断发生变化，其表面各部位的温度也会在较大范围内不断变化。对于航天器板状部件来说，结构表面温度的变化可能导致其结构产生变形和损伤，如果不能及时发现这些变化并采取相应的补救措施，将很可能导致航天器功能的降级甚至失效，产生极大的经济损失。因此，强化对航天器板状部件热应变的监测与测量，是保证航天器在太空严苛环境下可靠工作的有效手段之一。

Figure 1. Schematic diagram of SAR satellite at different orbital positions 图1. SAR 卫星不同轨道位置处示意图 Fatimah 等 [2]对橡胶试件施加三种不同的载荷，并利用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)测量其波长偏移量，验证了波长偏移量与施加的载荷大小成正比；Domenico 等 [3]利用FBG 测量管道离散段上三点的轴向应变，用来近似平均轴向应变和沿管道轴线的弯曲曲率变化趋势，实现了对滑坡易发地区地下管线位移的监测；在国内，张俊康等 [4]采用FBG 传感器对变形机翼薄膜蒙皮形状进行了标定，并基于曲率信息对其实现了三维重构；王永 [5]将FBG 传感器用于管道变形及三轴试验等监测试验中并对环向应变进行了测量，证明了制作新型FBG 环向位移传感器的可行性。

通过对国内外研究现状分析可知，目前FBG 传感技术主要应用于建筑、钢铁、航空等民用领域，在