CN107782520B - 微小卫星随机振动试验下凹控制方法 - Google Patents

微小卫星随机振动试验下凹控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种微小卫星随机振动试验下凹控制方法，其主要步骤有：完成卫星与振动台的安装、调试及试验测点确认后，先进行正弦扫频试验，再进行小量级的随机振动摸底试验，确定卫星的共振频段及响应放大情况，对于相对于输入功率谱密度放大较大的频段，根据放大倍数、位移幅值和峰值频率明确下凹量级、下凹频段宽度，进行下凹处理，再进行随机振动满振试验，试验后进行卫星及设备状态确认，然后进行正弦扫频试验，并比较前后两次扫频试验各测点的响应曲线一致性，转换试验振动台或卫星方向，完成剩余方向试验直至试验结束。本发明简单易行，可以保证微小卫星整星级随机振动试验安全、有效的开展。

Description

微小卫星随机振动试验下凹控制方法
技术领域
本发明涉及卫星试验技术领域，特别是涉及一种微小卫星随机振动试验下凹控制方法，该方法适用于质量介于23～450kg之间的微小卫星，对于其它大型卫星、航天器可参考使用。
背景技术
卫星等航天器经历发射环境时，需要承受一系列的动力学环境，包括火箭点火、推进、关机、级间分离、切变风、跨音速抖振及星箭分离的振动等。这些恶劣的振动环境效应可能诱发卫星于火箭的耦合振动机卫星结构大部件之间的振动耦合，从而导致对振动敏感的星上产品的损伤与毁坏。
卫星设计时需要保证充分的可靠性裕度设计及足够的设计余量，以确保卫星能够经受主动段的动力学环境及其环境效应。同时，地面开展环境模拟试验，检验卫星及其产品设计与工艺的合理性，验证卫星及其产品对各种环境的承受能力。
卫星低频段的动力学环境通常由整星正弦振动试验予以考核，已经形成了标准的试验方法与流程。卫星高频段的动力学环境由随机振动、噪声试验予以考核，对质量低于450kg的结构紧凑卫星开展随机振动试验，而大质量卫星则采用噪声试验考核高频动力学环境。
在地面模拟试验中，由于试验方法的限制，为了避免卫星在某些频段由于共振等产生的过试验，对于质量大于23kg的微小卫星，通常需要在卫星及部组件的结构频率处对输入量级进行下凹处理，以确定一个合理的激励条件，保证卫星既能够通过主动段的力学环境考核，又不会过试验。
随机振动的试验条件和试验要求在GJB 1027A等标准规范中均有说明，但是对于具体的试验方法，尤其是微小卫星的试验下凹控制方法没有规范可以参考。查阅公开发表的论文中主要给出的是基于力限控制的下凹方法，此方法需要专门设计的工装夹具，且方法本身有待进一步考证，因此未在型号工程上得到推广使用。
目前，没有发现同本方法类似的说明或报告，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
本发明提供一种微小卫星随机振动试验下凹控制方法，这种试验方法我们称之为工程实践法。本方法适用于质量介于23～450kg之间的微小卫星。正式试验前，先进行小量级的随机振动摸底试验，确定卫星的共振频段及响应放大情况，对于相对于输入功率谱密度放大较大的频段，根据放大倍数、位移幅值和峰值频率明确下凹量级、下凹频段宽度，进行下凹处理。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种微小卫星随机振动试验下凹控制方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤一：完成卫星与振动台的安装、调试，并完成试验测点确认后，先进行正弦扫频试验，再进行小量级的随机振动摸底试验，通过摸底试验确定卫星的共振频段及响应放大情况；
步骤二：对于相对输入功率谱密度放大较大的频段，并兼顾运载的频率约束要求，进行下凹处理，确定试验条件，估算试验振动台的位移情况，对于达到或超过试验台额定位移行程90％的频段，进一步进行下凹处理，保证试验设备安全；
步骤三：确定试验输入条件后，进行随机振动满振试验，试验完成后检查试验各测点振动响应曲线，并进行卫星状态确认；
步骤四：进行正弦扫频试验，试验条件同步骤一，并比较两次扫频试验各测点的响应曲线一致性；
步骤五，转换试验振动台或卫星方向，重复上述步骤完成剩余方向试验直至试验结束。
优选地，所述步骤一包括如下步骤：
步骤十一：正弦扫频试验的试验量级为0.1g，扫描速率为4oct/min，扫描频率起始于5Hz并覆盖卫星此方向的固有频率；
步骤十二：小量级的随机振动摸底试验的量级为：平直段功率谱密度为0.01g2/Hz，上升与下降段的斜率与满振试验保持一致。
优选地，所述步骤二包括如下步骤：
步骤二十一：频率下凹应避开运载的主要频率，对于相对输入功率谱密度放大50％且40Hz以上的频段，下凹后的随机振动试验功率谱密度为其中p为下凹前的随机振动试验输入功率谱密度，p0为小量级随机振动的输入功率谱密度，ph为小量级随机振动的功率谱密度放大值；
步骤二十二：下凹的频段宽度为：在40～100Hz频段，共振峰处向左、向右各扩5～10Hz；在100～600Hz，共振峰处向左、向右各扩10～30Hz；在600～2000Hz，共振峰处向左、向右各扩30～50Hz；
步骤二十三：试验振动台位移峰峰值的波动达到6σ计算公式为式中Xpp为台面工作位移的峰峰值，w0为功率谱密度，f0为频率。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
一、本发明解决了微小卫星随机振动试验下凹控制的试验流程问题；
二、本发明解决了微小卫星随机振动试验及其下凹的原则和方法，减小了测试过程的过试验风险。
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为正弦扫频试验条件示意图；
图2为小量级的随机振动摸底试验条件示意图；
图3为本发明的步骤流程图。
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：本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。
在本实施例中，如图1、图2、图3所示，本发明微小卫星随机振动试验下凹控制方法包括如下步骤：
步骤一：完成卫星与振动台的安装、调试，并完成试验测点确认后，先进行正弦扫频试验，再进行小量级的随机振动摸底试验，通过摸底试验确定卫星的共振频段及响应放大情况；
步骤二：对于相对输入功率谱密度放大较大的频段，并兼顾运载的频率约束要求，进行下凹处理，确定试验条件，估算试验振动台的位移情况，对于达到或超过试验台额定位移行程90％的频段，进一步进行下凹处理，保证试验设备安全；
步骤三：确定试验输入条件后，进行随机振动满振试验，试验完成后检查试验各测点振动响应曲线，并进行卫星状态确认；
步骤四：进行正弦扫频试验，试验条件同步骤一，并比较两次扫频试验各测点的响应曲线一致性；
步骤五，转换试验振动台或卫星方向，重复上述步骤完成剩余方向试验直至试验结束。
所述步骤一包括如下步骤：
步骤十一：正弦扫频试验的试验量级为0.1g，扫描速率为4oct/min，扫描频率起始于5Hz并覆盖卫星此方向的固有频率(如卫星某方向的一阶频率为260Hz，则扫描频率宜到300Hz)；
步骤十二：小量级的随机振动摸底试验的量级为：平直段功率谱密度为0.01g2/Hz，上升与下降段的斜率与满振试验保持一致。
步骤二包括如下步骤：
步骤二十一：频率下凹应避开运载的主要频率，对于相对输入功率谱密度放大50％且40Hz以上的频段，进行下凹处理，下凹后的随机振动试验功率谱密度的计算公式如下式(1)：
式中，p为下凹前的随机振动试验输入功率谱密度(g2/Hz)，p0为小量级随机振动的输入功率谱密度(g2/Hz)，ph为小量级随机振动的功率谱密度放大值(g2/Hz)；
步骤二十二：下凹的频段宽度为：在40～100Hz频段，共振峰处向左、向右各扩5～10Hz；在100～600Hz，共振峰处向左、向右各扩10～30Hz；在600～2000Hz，共振峰处向左、向右各扩30～50Hz；
对于达到或超过试验台额定位移行程90％的频段，应进行下凹处理，保证试验设备安全。步骤二十三：试验振动台位移峰峰值的波动达到6σ的计算公式如下式(2)：
式中，Xpp为台面工作位移的峰峰值，w0为功率谱密度(g2/Hz)，f0为频率(Hz)。
综上所述，本实施例提供的一种微小卫星随机振动试验下凹控制方法减小了测试过程的过试验风险，解决了微小卫星随机振动试验及其下凹控制的试验流程问题。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种微小卫星随机振动试验下凹控制方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤一：完成卫星与振动台的安装、调试，并完成试验测点确认后，先进行正弦扫频试验，再进行小量级的随机振动摸底试验，通过摸底试验确定卫星的共振频段及响应放大情况；
步骤二：对于相对输入功率谱密度放大较大的频段，并兼顾运载的频率约束要求，进行下凹处理，确定试验条件，估算试验振动台的位移情况，对于达到或超过试验台额定位移行程90％的频段，进一步进行下凹处理，保证试验设备安全；
步骤三：确定试验输入条件后，进行随机振动满振试验，试验完成后检查试验各测点振动响应曲线，并进行卫星状态确认；
步骤四：进行正弦扫频试验，试验条件同步骤一，并比较两次扫频试验各测点的响应曲线一致性；
步骤五，转换试验振动台或卫星方向，重复上述步骤完成剩余方向试验直至试验结束；
所述步骤二包括如下步骤：
步骤二十一：频率下凹应避开运载的主要频率，对于相对输入功率谱密度放大50％且40Hz以上的频段，下凹后的随机振动试验功率谱密度为其中p为下凹前的随机振动试验输入功率谱密度，p0为小量级随机振动的输入功率谱密度，ph为小量级随机振动的功率谱密度放大值；
步骤二十二：下凹的频段宽度为：在40～100Hz频段，共振峰处向左、向右各扩5～10Hz；在100～600Hz，共振峰处向左、向右各扩10～30Hz；在600～2000Hz，共振峰处向左、向右各扩30～50Hz；
步骤二十三：试验振动台位移峰峰值的波动达到6σ计算公式为式中Xpp为台面工作位移的峰峰值，w0为功率谱密度，f0为频率。
2.根据权利要求1所述的微小卫星随机振动试验下凹控制方法，其特征在于，所述步骤一包括如下步骤：
步骤十一：正弦扫频试验的试验量级为0.1g，扫描速率为4oct/min，扫描频率起始于5Hz并覆盖卫星此方向的固有频率；
步骤十二：小量级的随机振动摸底试验的量级为：平直段功率谱密度为0.01g2/Hz，上升与下降段的斜率与满振试验保持一致。
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