CN104374536B - 卫星分级振动试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种卫星分级振动试验方法，在振动台推力不足以完成大型卫星整体的大量级振动试验时，利用该方法，针对构成卫星的各个舱段分别进行振动试验，各个测试点可以获得整星振动试验时的近似等效响应，同时也保证分级振动试验时测试点的响应与整星振动试验时测试点的响应误差最小，从而实现对卫星结构力学性能的有效考核。

Description

卫星分级振动试验方法

技术领域

本发明涉及一种卫星分级振动试验，主要应用于当振动台推力不能满足大型卫星(整星质量大于5吨)大量级振动试验要求时，对构成整星的各舱段进行分级振动试验以考核卫星的结构力学性能，尤其适合大吨位平台卫星。

背景技术

为了满足多任务需求，我国卫星体积和吨位在不断增大，卫星质量的增大甚至已经超出了现有振动台的推力范围，难以通过整星大量级振动试验实现对卫星结构力学性能的有效考核。在欧美等发达国家，采用多振动台并行激励可以较好地解决该问题，如ESTEC使用8个液压台组成的垂直向2520kN、二个水平向各1260kN推力的HYDRA系统，4×160kN与2×200kN的电动振动台系统，美国NASA Glenn研究中心的18台液压作动并推系统。然而，其中涉及的多振动台的同步振动控制等关键技术对我国尚属禁运技术，国内在此方面也没有突破性进展。为了实现大型复杂卫星力学可靠性验证试验，很有必要进行分级振动试验方法的研究。分级振动试验，即对组成卫星的每一个舱段制定合理的试验条件，并对试验结果的有效性进行充分论证，以证实分级振动试验的有效性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，为了克服振动台推力不足以完成大型卫星大量级振动试验的缺点，本发明提供一种卫星分级振动试验方法，该分级振动试验方法是通过对组成卫星的每一个舱段制定合理的试验条件，使得在该试验条件下进行的分级振动试验近似等效于整星振动试验的效果，从而达到对卫星整星的结构力学性能有效考核。卫星分级振动试验方法的技术核心是预示处保证分级振动响应与整星振动响应近似等效的输入条件。

根据本发明提供的一种卫星分级振动试验方法，针对构成卫星的各个舱段分别进行振动试验以代替整星振动试验，克服振动台推力的不足。

优选地，包括如下步骤

通过分别对卫星整星和构成整星的各个舱段进行第一量级正弦扫频振动试验，获得整星和舱段的频响特性曲线；

利用整星第二量级正弦扫频振动试验的输入条件和试验获得的整星频响特性预测整星第二量级正弦扫频振动的响应特性，以整星和舱段振动响应等效为目标，预示卫星分级振动的输入条件；

利用预示的卫星分级振动输入条件，实施针对构成整星各舱段的振动试验；

其中，第一量级小于第二量级。

优选地，第一量级正弦扫频振动试验是指小量级正弦扫频振动试验，所述小量级正弦扫频振动试验是指在进行第二量级(大量级)正弦扫频振动试验之前进行的输入较小量级振动试验，第二量级正弦扫频振动试验是指按照鉴定或验收振动试验条件进行的振动试验，输入量级一般较大，振动台推力需求也大大增加。

优选地，小量级采用0.1g，g为重力加速度。

优选地，包括如下步骤：

对整星进行第一量级的预振试验，获得卫星上各个测试点在整星振动试验时的频响特性曲线，并将每一个测试点的频响特性记录为H_izx(ω)；

将卫星拆分成各个独立的组成舱段，对各个独立的舱段进行第一量级的预振试验，获得卫星上各个测试点在舱段单独振动试验时的频响特性曲线，并将每一个测试点的频响特性记录为H_icd(ω)；

对构成卫星的每一个舱段预示分级振动试验振动台输入加速度谱：

$a_{\mathrm{cd}}\left(\mathrm{\ω}\right)=a_{\mathrm{zx}}\left(\mathrm{\ω}\right)\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{H_{\mathrm{icd}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{H}_{\mathrm{izx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\left|H_{\mathrm{icd}}\left(\mathrm{\ω}\right)\right|}^2}$ (式1)

式中：ω为离散的频率点，a_cd(ω)为卫星分级振动试验时构成卫星各舱段的输入加速度谱，a_zx(ω)为整星第二量级振动试验时振动台需要输入的加速度谱，H_icd(ω)为舱段上第i个测试点在舱段预振试验时的频响函数，H_izx(ω)为舱段上第i个测试点在整星预振试验时的频响函数，上横线^-表示求共轭，||表示取模，m为测试点总数；

按照上述公式1计算的分级振动输入条件进行试验，测试舱段各个测试点的响应，同时分析分级振动响应与整星振动响应的偏差bias_i(ω)，偏差bias_i(ω)为：

${\mathrm{bias}}_i\left(\mathrm{\ω}\right)=|\frac{H_{\mathrm{icd}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{H_{\mathrm{izx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{H_{\mathrm{icd}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{H}_{\mathrm{izx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\left|H_{\mathrm{icd}}\left(\mathrm{\ω}\right)\right|}^2}-1|$

其中，其中，第一量级小于第二量级。

优选地，第一量级的预振试验是指小量级正弦扫频振动试验，所述小量级正弦扫频振动试验是指在进行第二量级(大量级)正弦扫频振动试验之前进行的输入较小量级振动试验，第二量级振动试验是指按照鉴定或验收振动试验条件进行的振动试验，输入量级一般较大，振动台推力需求也大大增加。

优选地，小量级采用0.1g，g为重力加速度。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明可以在振动台推力不足以完成整星大量级振动试验的情况下，通过计算卫星舱段的分级振动输入，对多个舱段分别进行分级振动试验并保证其响应与整星振动试验响应的近似等效，实现对卫星结构力学性能的有效考核。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为分级振动实施示意图。

图中：

1为整星

2为测试点

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明的流程如下：

试验前准备—>整星预振试验—>根据整星试验条件预测整星大量级满振试验时的测试点响应—>各舱段的预振试验—>制定各个舱段试验条件—>对按照制定的舱段试验条件对卫星舱段进行振动试验—>分析整星和分级振动试验偏差。

如图1所示，首先按照常规的卫星振动试验进行各项试验前的准备，然后对整星进行小量级的预振试验，获得卫星上各个测试点在整星振动试验时的频响特性曲线，并将每一个测试点的频响特性记录为H_izx(ω)。将卫星拆分成各个独立的组成舱段，对各个独立的舱段进行小量级的预振试验，获得卫星上各个测试点在舱段单独振动试验时的频响特性曲线，并将每一个测试点的频响特性记录为H_icd(ω)。

对构成卫星的每一个舱段预示分级振动试验振动台输入加速度谱：

$a_{\mathrm{cd}}\left(\mathrm{\ω}\right)=a_{\mathrm{zx}}\left(\mathrm{\ω}\right)\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{H_{\mathrm{icd}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{H}_{\mathrm{izx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\left|H_{\mathrm{icd}}\left(\mathrm{\ω}\right)\right|}^2}$

式中：ω为离散的频率点，a_cd(ω)为卫星分级振动试验时构成卫星各舱段的输入加速度谱，a_zx(ω)为整星大量级振动试验时振动台需要输入的加速度谱，在卫星吨位过大(整星质量大于5吨)的情况下，振动台的推力不足以提供这样的输入，在本发明中该输入被用来计算分级振动的输入和整星大量级振动试验时测试点的响应。H_icd(ω)为舱段上第i个测试点在舱段预振试验时的频响函数，H_izx(ω)为舱段上第i个测试点在整星预振试验时的频响函数，上横线表示求共轭，||表示取模，m为测试点总数。

按照上述公式计算的分级振动输入条件进行试验，测试舱段各个测试点的响应，同时分析分级振动响应与整星振动响应的偏差，按照本发明的分级振动试验方法，偏差为：

${\mathrm{bias}}_i\left(\mathrm{\ω}\right)=|\frac{H_{\mathrm{icd}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{H_{\mathrm{izx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}\stackrel{\‾}{H_{\mathrm{icd}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{H}_{\mathrm{izx}}\left(\mathrm{\ω}\right)}{\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{\left|H_{\mathrm{icd}}\left(\mathrm{\ω}\right)\right|}^2}-1|.$

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种卫星分级振动试验方法，其特征在于，针对构成卫星的各个舱段分别进行振动试验以代替整星振动试验，克服振动台推力的不足；

包括如下步骤

通过分别对卫星整星和构成整星的各个舱段进行第一量级正弦扫频振动试验，获得整星和舱段的频响特性曲线；

利用整星第二量级正弦扫频振动试验的输入条件和试验获得的整星频响特性预测整星第二量级正弦扫频振动的响应特性，以整星和舱段振动响应等效为目标，预示卫星分级振动的输入条件；

利用预示的卫星分级振动输入条件，实施针对构成整星各舱段的振动试验；

其中，第一量级小于第二量级。

2.根据权利要求1所述的卫星分级振动试验方法，其特征在于，第一量级正弦扫频振动试验是指小量级正弦扫频振动试验，所述小量级正弦扫频振动试验是指在进行第二量级正弦扫频振动试验之前进行的输入较小量级振动试验，第二量级正弦扫频振动试验是指按照鉴定或验收振动试验条件进行的振动试验。

3.根据权利要求2所述的卫星分级振动试验方法，其特征在于，小量级采用0.1g，g为重力加速度。

4.根据权利要求1所述的卫星分级振动试验方法，其特征在于，包括如下步骤：

对整星进行第一量级的预振试验，获得卫星上各个测试点在整星振动试验时的频响特性曲线，并将每一个测试点的频响特性记录为H_izx(ω)；

将卫星拆分成各个独立的组成舱段，对各个独立的舱段进行第一量级的预振试验，获得卫星上各个测试点在舱段单独振动试验时的频响特性曲线，并将每一个测试点的频响特性记录为H_icd(ω)；

对构成卫星的每一个舱段预示分级振动试验振动台输入加速度谱：

式中：ω为离散的频率点，a_cd(ω)为卫星分级振动试验时构成卫星各舱段的输入加速度谱，a_zx(ω)为整星第二量级振动试验时振动台需要输入的加速度谱，H_icd(ω)为舱段上第i个测试点在舱段预振试验时的频响函数，H_izx(ω)为舱段上第i个测试点在整星预振试验时的频响函数，上横线-表示求共轭，| |表示取模，m为测试点总数；

按照上述公式1计算的分级振动输入条件进行试验，测试舱段各个测试点的响应，同时分析分级振动响应与整星振动响应的偏差bias_i(ω)，偏差bias_i(ω)为：

${\mathrm{bias}}_i\left(\mathrm{\ω}\right)=|\frac{H_{icd}\left(\mathrm{\ω}\right)}{H_{izx}\left(\mathrm{\ω}\right)}\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\stackrel{\‾}{H_{icd}\left(\mathrm{\ω}\right)}{H}_{izx}\left(\mathrm{\ω}\right)}{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}|H_{icd}\left(\mathrm{\ω}\right){|}^2}-1|$

其中，其中，第一量级小于第二量级。

5.根据权利要求4所述的卫星分级振动试验方法，其特征在于，第一量级的预振试验是指小量级正弦扫频振动试验，所述小量级正弦扫频振动试验是指在进行第二量级正弦扫频振动试验之前进行的输入较小量级振动试验，第二量级振动试验是指按照鉴定或验收振动试验条件进行的振动试验。

6.根据权利要求5所述的卫星分级振动试验方法，其特征在于，小量级采用0.1g，g为重力加速度。