CN102494859A - 一种航天器振动定频标定试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天器振动定频标定试验方法，包括：确定航天器在正弦振动试验时产生的单位长度的支反力与航天器根部应变之间的对应关系，并为确定航天器在正弦振动试验时主频段的下凹条件提供辅助依据。具体是在航天器的非共振段，用振动台允许的最低工作频率(通常为2-5Hz)，一定量级下对航天器进行固定频率的正弦激励。在完成试验评价后，可以应用于各航天器的振动试验中，从而判断试验的合理性与有效性。本发明解决了航天器在振动试验过程中普遍存在的载荷“过”或“欠”等问题，取得了试验合理可靠、方法简单可行、适应性强等有益效果。

Description

一种航天器振动定频标定试验方法

技术领域

本发明涉及一种航天器振动试验，尤其涉及一种航天器振动定频标定试验方法。

背景技术

随着空间技术的发展，航天器结构轻质化的要求日益苛刻，试验的合理性、安全性变得越来越重要。目前，航天器振动试验普遍采用在航天器底部与试验夹具的对接面上进行加速度输入控制同时辅以航天器关键点响应限制的方法，但是上述方法并不能确保试验的合理性，普遍存在“过”或“欠”试验现象，如FY-2(02)星初样星在南京进行振动试验时，由于“过”试验造成肼管路断裂、单机掉落故障，造成重大损失；如某型号由于“欠”试验的发生造成重复试验，造成了研制进度的拖延与研制经费的大幅提升。

航天器在振动试验过程中采用定频标定试验方法可以较好地解决了这一问题，既预防了“过”试验给产品带来的隐患与故障，也避免了“欠”试验而带来的重复试验，保证产品顺利通过了试验的有效考核。

定频标定试验是为了确定航天器在振动试验时产生的支反力与航天器根部应变之间的对应关系，辅助确定在振动试验时主频段的下凹条件，并判断试验效果。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内类似的资料。

发明内容

为了解决现有技术中航天器在振动试验过程中普遍存在“过”或“欠”试验等不足，本发明的目的在于提供一种航天器振动的定频标定试验方法。本发明提供了一种航天器振动的定频标定试验方法，用来解决上述技术问题。

为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种航天器振动定频标定试验方法，该方法包括：确定航天器在正弦振动试验时产生的单位长度的支反力与航天器根部应变之间的对应关系，并为确定航天器在正弦振动试验时主频段的下凹条件提供辅助依据。具体是在航天器的非共振段，用振动台允许的最低工作频率(通常为2-5Hz)，一定量级下对航天器进行固定频率的正弦激励。在完成试验评价后，可以应用于各航天器的振动试验中，从而判断试验的合理性与有效性。

本发明的技术方案是：一种航天器振动定频标定试验方法：其特征在于，确定航天器在正弦振动试验时产生的单位长度的支反力与航天器根部应变之间的对应关系，并为确定航天器在正弦振动试验时主频段的下凹条件提供依据，其具体步骤如下：

步骤1、确定极限设计载荷下的最大支反力

根据运载条件的输入，计算航天器在各种载荷的支反力，比较并得到极限设计载荷下的最大支反力，参见公式(1)：

其中，“+”为受压，“-”为受拉

M：航天器(含包带适配器)设计质量，单位为kg；

H：航天器设计时质心到试验界面的最高高度，单位为m；

a_纵：航天器的纵向质心加速度，单位为m/s²；

a_横：航天器的横向质心加速度，单位为m/s²；

r：航天器应变测试界面半径，单位为m；

第2步、振动试验的准备

准备合格的试验夹具、进行安全检查、进行仪器设备检查、完成振动台的调试、安装测试传感器、完成航天器与振动系统的对接与调试；其中振动输入监测传感器应安装于振动台台面四个象限，应变计应安装在没有桁条或隔框加强件、且距孔较远的主结构件上；为了保证测试数据的有效性，应变计每个象限一般应布置两组以上；

步骤3、进行定频标定试验

选择振动台允许的最低工作频率，振动输入量级分别由小到大，分别为0.1g，0.2g，0.3g，0.4g，其中，g＝9.8m/s²，振动时长5s，是否进行下一量级的试验由试验评价后决定；

步骤4、对航天器定频标定试验进行评价

四个量级的定频标定试验结束后，利用定频标定试验的加速度输入与应变输出结果，进行线性回归，当线性度大于0.99，则进行下一步工作，得到质心加速度输入与应变输出的关系，参见式(2)，同时得到不同试验条件下的根部支反力，参见式(3)、(4)：

a_质心＝kε_输出+b    (2)

注：a_质心：振动输入加速度，单位为m/s²；

ε_输出：航天器根部输出应变；

k、b：输入与输出间的线性系数。

对于横向振动，根部支反力

对于纵向振动，根部支反力

当线性度不满足大于0.99的要求，需各方协调是否进行下一量级的定频标定试验，若输入与输出始终没有线性关系，表明定频标定试验不适合该次试验，试验结束。

本发明航天器振动定频标定试验方法，解决了航天器在振动试验过程中普遍存在的载荷“过”或“欠”等问题，取得了试验合理可靠、方法简单可行、适应性强等有益效果，应用前景广泛。

附图说明

附图是本发明航天器振动定频标定试验的程序与步骤图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的优选实施例。

本发明的航天器振动定频标定试验方法，在航天器振动试验中监测航天器根部的支反力进而监控振动试验量级。

附图是本发明航天器振动定频标定试验的程序与步骤图。如附图实施例所示，该方法包括：确定航天器在正弦振动试验时产生的单位长度的支反力与航天器根部应变之间的对应关系，并为确定航天器在正弦振动试验时主频段的下凹条件提供辅助依据。具体是在航天器的非共振段，用振动台允许的最低工作频率(通常为2-5Hz)，一定量级下对航天器进行固定频率的正弦激励。在完成试验评价后，可以应用于各航天器的振动试验中，从而判断试验的合理性与有效性。

确定极限设计载荷下的最大支反力。根据运载条件的输入，计算航天器在各种载荷的支反力，比较并得到极限设计载荷下的最大支反力，参见公式(1)：

注：“+”为受压，“-”为受拉。

M：航天器(含包带适配器)设计质量，单位为kg；

H：航天器设计时质心到试验界面的最高高度，单位为m；

a纵：航天器的纵向质心加速度，单位为m/s2；

a横：航天器的横向质心加速度，单位为m/s2；

r：航天器应变测试界面半径，单位为m。

振动试验的准备。振动试验准备包括准备合格的试验夹具、安全检查、仪器设备检查、振动台的调试、测试传感器的安装，航天器与振动系统的对接与调试。其中振动输入监测传感器应安装于振动台台面四个象限，应变计应安装在没有桁条或隔框等加强件、且距孔较远的主结构件上。一般安装于靠近根部的四个象限线附近。为了保证测试数据的有效性，应变计每个象限一般应布置两组以上。

定频标定试验。定频标定试验所选择的频率一般用振动台允许的最低工作频率(通常选择5Hz)，振动输入量级分别由小到大，分别为0.1g，0.2g，0.3g，0.4g，振动时长5s，是否进行下一量级的试验由试验评价后决定。

注：g＝9.8m/s²

航天器定频标定试验的评价。四个量级的定频标定试验结束后，利用定频标定试验的加速度输入与应变输出结果，进行线性回归，如线性度大于0.99，则可进行下一步工作，得到质心加速度输入(注：由于在此频率下航天器系统未发生共振，系统为平动，此时根部输入加速度即为质心加速度)与应变输出的关系，参见式(2)，同时得到不同试验条件下的根部支反力，参见式(3)、(4)。

a_质心＝kε_输出+b    (2)

注：a_质心：振动输入加速度，单位为m/s2；

ε_输出：航天器根部输出应变；

k、b：输入与输出间的线性系数。

对于横向振动，根部支反力

对于纵向振动，根部支反力

如线性度不满足大于0.99的要求，需各方协调是否进行下一量级的定频标定试验，若输入与输出始终没有线性关系，表明定频标定试验不适合该次试验，试验结束。

航天器定频标定试验的应用。根据定频标定试验得到不同量级下的N_横、N_纵与极限载荷下最大的支反力N_max进行比较，可以辅助确定振动试验时的主频段下凹条件。

该试验方法在遥感卫星六号初样结构星II上首次尝试并获得了成功。面对型号研制周期紧迫、试验不容闪失的严峻形势，通过该方法制定了较为合理的振动试验下凹条件，既保证了航天器产品的安全，又保证了航天器“不欠试验、不过试验”，为初样结构星II顺利通过鉴定级试验的考核起到了关键的作用，为型号的顺利推进创造了条件，在结构质量比不到10％的条件下航天器结构顺利通过了试验的有效考核。

航天器振动定频标定试验方法在遥感卫星六号初样鉴定星、正样星上得到了完善；2009年4月，遥感卫星六号顺利发射升空、运行正常，证明了该试验方法是可行、可信、可靠的。上述试验方法在XX-2、XX-9、XX-12、XX-14等型号卫星上得到了推广应用，有力地促进了航天器振动试验技术的提升，取得了良好的经济效益。

该试验方法较好地满足了航天器振动试验的要求，对于航天器试验技术的发展和进步具有重大的意义。

Claims (2)

1.一种航天器振动定频标定试验方法：其特征在于，确定航天器在正弦振动试验时产生的单位长度的支反力与航天器根部应变之间的对应关系，并为确定航天器在正弦振动试验时主频段的下凹条件提供依据，其具体步骤如下：

步骤1、确定极限设计载荷下的最大支反力

根据运载条件的输入，计算航天器在各种载荷的支反力，比较并得到极限设计载荷下的最大支反力，参见公式(1)：

其中，“+”为受压，“-”为受拉

M：航天器(含包带适配器)设计质量，单位为kg；

H：航天器设计时质心到试验界面的最高高度，单位为m；

a_纵：航天器的纵向质心加速度，单位为m/s²；

a_横：航天器的横向质心加速度，单位为m/s²；

r：航天器应变测试界面半径，单位为m；

第2步、振动试验的准备

准备合格的试验夹具、进行安全检查、进行仪器设备检查、完成振动台的调试、安装测试传感器、完成航天器与振动系统的对接与调试；其中振动输入监测传感器应安装于振动台台面四个象限，应变计应安装在没有桁条或隔框加强件、且距孔较远的主结构件上；为了保证测试数据的有效性，应变计每个象限一般应布置两组以上；

步骤3、进行定频标定试验

选择振动台允许的最低工作频率，振动输入量级分别由小到大，分别为0.1g，0.2g，0.3g，0.4g，其中，g＝9.8m/s²，振动时长5s，是否进行下一量级的试验由试验评价后决定；

步骤4、对航天器定频标定试验进行评价

四个量级的定频标定试验结束后，利用定频标定试验的加速度输入与应变输出结果，进行线性回归，当线性度大于0.99，则进行下一步工作，得到质心加速度输入与应变输出的关系，参见式(2)，同时得到不同试验条件下的根部支反力，参见式(3)、(4)：

a_质心＝kε_输出+b    (2)

注：a_质心：振动输入加速度，单位为m/s²；

ε_输出：航天器根部输出应变；

k、b：输入与输出间的线性系数。

对于横向振动，根部支反力

对于纵向振动，根部支反力

当线性度不满足大于0.99的要求，需各方协调是否进行下一量级的定频标定试验，若输入与输出始终没有线性关系，表明定频标定试验不适合该次试验，试验结束。

2.根据权利要求1所述的航天器振动定频标定试验方法，其特征在于：步骤3中的最低工作频率选择5Hz。

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