● 摘要
航天器姿轨控发动机引起的气动力、气动热问题是工程部门不可忽视的课题，开展羽流气动相关的实验研究是航天器在轨可靠工作的保障。考虑到成本、试验周期、试验可重复性等一系列制约因素，搭建地面模拟实验系统成为开展羽流气动试验的首选。在开展羽流气动试验过程中，需要一系列载体，包括：发动机实验台、三维移动机构、羽流参数测量装置等。开展羽流试验的目的主要是为了获取不同工况下发动机羽流的气动参数，而要获取准确的气动参数，需要对发动机与羽流参数测量装置之间的位姿进行精确对准，这是决定试验成败的重要的关键因素之一。
本文基于国内首座大型真空羽流试验系统，开展姿轨控发动机的对准测量工作研究。对比传统的基于激光位移传感器的对准测量和基于激光雷达测量系统的对准测量方案，结合三维移动机构和光学试验平台，提出数据点云的拟合方法，完成对发动机推力线和羽流测管中轴线的空间直线关系测量的方案。
本文首先对试验外部环境进行分析，对实验系统进行三维建模，分析在施加人体重力下实验台架的稳定性。其次，针对试验过程中，羽流参数测量装置在不同工况间存在的误差，提出了误差校正模型公式。然后，对存在的误差问题，提出了基于激光雷达的非接触测量方法，通过对获取的数据点云进行处理，可成功拟合出发动机推力线和羽流测管中轴线，可求出两者的空间直线关系，得出对中误差的精确值。最后，分析了雷达测量系统中的主要误差和测得数据的处理方法。