CN111609986B - 一种多态运输载荷的减振参数的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多态运输载荷的减振参数的处理方法,包括:根据静力试验计算运输对象的一阶基频,根据运输减振试验获取减振系统的加速度值和最大实测位移值,基于所述一阶基频调整阻尼减震器的刚度和数量,并设置所述减振系统的工作频带,基于所述加速度值计算所述减振系统对所述运输对象冲击的响应特性以得到最大计算位移值,根据所述最大实测位移值验证所述运输对象的晃动是否超过所述最大计算位移值。通过使用本方法,可适用于多态载荷的减振性能,可实现减振参数的精确量化,进而优化包装箱产品以降低重复设计成本。
Description
技术领域
本发明涉及航天器运输技术领域,具体涉及一种多态运输载荷的减振参数的处理方法。
背景技术
运输是航天器寿命全周期的重要组成部分,运输振动环境对被载航天器产生多方面的影响,而航天器运输经历的是连续力学载荷,这种载荷的特点是以随机振动为主,即激励频率范围约为0.5Hz~1000Hz,并兼有周期性载荷,还有个别的冲击超限载荷也不可避免。为避免上述载荷损伤航天器加速度敏感设备或原件,航天器运输时一般在包装箱内设置有减振装置,随着航天器型号数量的增长与型谱类型的增加,卫星包装箱种类和数量不可能同比例增加,因此,如何设计选用一种适用于不同载荷特性的减振方案,成为航天器运输减振设计的关键点。
另外,如果减振参数不能量化,航天器在包装箱内运输时的晃动幅度大小就无法得到较准确的值,这对于包装箱的尺寸控制是不利的。而当前减振参数的获取一般是通过模态分析或力学试验,二者对于获取运输减振所需的力学参数均有不足之处。模态分析是基于模型的,经过制造过程的真实产品的尺寸、刚度均与模型存在一定误差;力学试验侧重反映的是航天器各局部对界面统一输入的响应,对运输状态下航天器的整体特性描述不足。
发明内容
鉴于现有技术中的上述缺陷或不足,期望提供一种多态运输载荷的减振参数的处理方法,目的为解决航天器多态运输载荷减振参数的量化问题。
本申请提供一种多态运输载荷的减振参数的处理方法,该方法包括:
根据静力试验计算运输对象的一阶基频,
根据运输减振试验获取减振系统的加速度值和最大实测位移值,
基于所述一阶基频调整阻尼减震器的刚度和数量,并设置所述减振系统的工作频带,
基于所述加速度值计算所述减振系统对所述运输对象冲击的响应特性以得到最大计算位移值,
根据所述最大实测位移值验证所述运输对象的晃动是否超过所述最大计算位移值。
进一步的,根据静力试验的位移数据计算减振对象的一阶基频,选取所述位移数据的判据为残余应变不大于2%。
进一步的,所述一阶基频通过将静力变形值换算成等效刚度而得到。
进一步的,所述减振系统的加速度值包括减振前的加速度值和减振后的加速度值。
进一步的,所述最大实测位移值为所述运输对象在最大运输载荷下由位移传感器测得。
进一步的,所述减振系统的工作频带的设置范围为大于1.8倍的计算基频。
进一步的,基于所述减振前的加速度值和所述减振后的加速度值计算所述减振系统对所述运输对象冲击的响应特性。
进一步的,所述位移传感器设置在所述运输对象上外伸部件的最大外形尺寸点。
进一步的,所述最大实测位移值与所述最大计算位移值的误差范围为-5%至5%。
进一步的,运输包装箱内侧与所述运输对象之间的安全尺寸不小于所述最大计算位移值的2倍。
本申请提供的多态运输载荷的减振参数的处理方法,通过计算运输对象的一阶基频和获取减振系统的加速度值和最大实测位移值,进而调整阻尼减震器的刚度和数量,并设置工作频带,该工作频带优先可适应多个状态的运输载荷,同时通过加速度值计算运输对象的响应特性以得到最大计算位移值,最后通过最大实测位移值验证运输对象的晃动不超过最大计算位移值,这种可适应多态运输载荷的减振技术,经过实际卫星运输的验证和优化,可精准实现多态运输载荷减振参数的量化,从而为包装箱运输减振设计和包装箱尺寸设计提供可靠依据,具体的,包括优化包装箱产品以适用于多种载荷的减振性能,以降低重复设计成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述,本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明实施例提供的多态运输载荷的减振参数的处理方法的流程示意图;
图2为本发明实施例提供的适用多态运输载荷的运输减振试验装置简图;
附图标记:1运输支架、2运输包装箱、3振动传感器、4高阻尼减震器、5运输对象、6表面突出结构、7位移传感器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是,此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明,而非对该发明的限定。另外还需要说明的是,为了便于描述,附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
为避免不同冲击载荷损伤航天器加速度敏感设备或原件,航天器运输时一般在包装箱内设置有减振装置,随着航天器型号数量的增长与型谱类型的增加,卫星包装箱种类和数量不可能同比例增加,因此,如何设计选用一种适用于不同载荷特性的减振方案,成为航天器运输减振设计的关键点。
另外,如果减振参数不能量化,航天器在包装箱内运输时的晃动幅度大小就无法得到较准确的值,这对于包装箱的尺寸控制是不利的。而当前减振参数的获取一般是通过模态分析或力学试验,二者对于获取运输减振所需的力学参数均有不足之处。模态分析是基于模型的,经过制造过程的真实产品的尺寸、刚度均与模型存在一定误差;力学试验侧重反映的是航天器各局部对界面统一输入的响应,对运输状态下航天器的整体特性描述不足。
基于此,图1为本发明实施例提供的多态运输载荷的减振参数的处理方法的流程示意图,如图1所示,本申请提出了一种多态运输载荷的减振参数的处理方法,可以解决上述问题。该多态运输载荷的减振参数的处理方法具体包括:
S101、根据静力试验计算运输对象的一阶基频。
具体的,这里的运输对象指的是航天器,航天器包括火箭、卫星、空间探测器、宇宙飞船等。
具体的,静力试验指的是卫星研制过程中必做的静力试验,该试验是用来验证卫星结构分系统承受载荷极限情况的,通过该试验可获取卫星整体及关键局部部位在三个正交方向上的应力、应变和位移。而在计算运输对象的一阶基频的过程中,只需要卫星静力试验的位移数据。
静力试验的力的加载装置一般是由油车、吊车、杠杆系统、作动筒、测力传感器等构成,而在具体的加载力的确定上,除了考虑卫星发射主动段载荷外,还应考虑覆盖卫星的运输工况。
需要说明的是,静力试验的试验载荷的分布应以整星的质量分布为基础,按等效集中质量来分配试验载荷;静力试验中卫星的固定方式应与卫星的运输状态相同。
可选的,根据静力试验的位移数据计算减振对象的一阶基频,选取所述位移数据的判据为残余应变不大于2%。
其中,静力试验的位移数据可从静力试验获取的各项数据中直接查到,具体在选取需要的位移数据时,应选择结构位移和应变与载荷基本成线性关系的线性段进行选取,因为在该线性段,位移数据弹性良好,具体一般以残余应变不大于2%为选取判据。
可选的,所述一阶基频通过将静力变形值换算成等效刚度而得到。
其中,一阶基频的计算可直接根据上述选取得到的位移数据计算得到,具体一阶基频是先通过将静力变形值换算成等效刚度,再由等效刚度计算得到一阶基频的数据。由此计算得到的一阶基频与通过卫星力学试验得到的一阶基频的数值对比误差应小于10%。
S102、根据运输减振试验获取减振系统的加速度值和最大实测位移值。
具体的,运输减振试验包括运输跑车试验和减振试验,这两种试验是运输对象的包装箱研制过程的关键步骤。其中,减振系统的加速度值是根据运输减振试验装置中的加速度传感器测得。可选的,所述减振系统的加速度值包括减振前的加速度值和减振后的加速度值,可以理解的是,加速度传感器分别布置于减振系统的减振前和减振后,减振前的加速度值和减振后的加速度值分两次测得。
需要说明的是,运输减振试验中减振前的加速度传感器的位置选取和减振后的加速度传感器的位置选取均应具有代表性。另外,若运输减振试验中的减振转接框尺寸较大,可能会导致减振弹簧的刚度下降,因此应在减振前和减振后分别设置多个加速度传感器。
具体的,减振系统的最大实测位移值为航天器在最大运输载荷下根据运输减振试验装置中的位移传感器测得的,该位移传感器用于测量航天器在距离减振支座指定距离处相对于包装箱内侧的最大晃动量,这种最大晃动量是在最大运输载荷作用下测得的最大位移值,该晃动量可体现航天器在包装箱内运输时的晃动幅度大小,这种晃动幅度大小对于包装箱的尺寸控制是比较重要的。
需要说明的是,运输减振试验装置中位移传感器设置在所述运输对象上外伸部件的最大外形尺寸点,例如设置在航天器上柔性外伸部件的最大外形尺寸点处,以便简化计算。
S103、基于所述一阶基频调整阻尼减震器的刚度和数量,并设置所述减振系统的工作频带。
具体的,一阶基频作为航天器运输的减振对象的主要参数,依据上述计算得到的一阶基频值预先调整运输减振试验装置中阻尼减震器的刚度和数量,以使阻尼减振器的刚度和数量得以确定,然后根据一阶基频值设置减振系统的工作频带,可选的,所述减振系统的工作频带的设置范围为大于1.8倍的计算基频,这里的计算基频即一阶基频。优选的,设置的减振系统的工作频带可适应多个状态的运输载荷,如此这种减振系统可适应不同状态的运输载荷,对于同一种优化过的包装箱产品也就适用多种载荷的减振性能,也就是说同一种航天器包装箱可适用一定范围的航天器型谱,相比于每个型谱不同的航天器均采用专用包装箱而言将节省大量设计成本。
这里的阻尼减震器为设置在航天器运输减振试验装置中的减振装置,实际调整的是阻尼减震器中减振弹簧的刚度和数量。
S104、基于所述加速度值计算所述减振系统对所述运输对象冲击的响应特性以得到最大计算位移值。
具体的,根据上述S102步骤分别测得的减振前和减振后的加速度值计算可得到包装箱内减振系统对运输冲击的响应特性即响应曲线,进而得到最大运输载荷下航天器结构的最大计算位移值即最大晃动值。
需要说明的是,运输载荷下对于航天器结构晃动幅度而言,步骤S102得到的最大实测位移值与步骤S104得到的最大计算位移值的误差范围应控制在-5%至5%。
S105、根据所述最大实测位移值验证所述运输对象的晃动是否超过所述最大计算位移值。
具体的,根据上述步骤S102得到的最大实测位移值验证运输对象例如航天器在包装箱内的晃动是否超过步骤S104得到的最大计算位移值,即将最大实测位移值与最大计算位移值进行比较,若最大实测位移值小于等于最大计算位移值,即航天器的运输减振参数设置正确,具体的,静力试验位移数据选取正确、减振系统的工作频带的设置合理、运输减振试验装置中的加速度传感器和位移传感器的位置设置合理、运输载荷晃动的最大实测位移值与最大计算位移值之间的误差控制合理,也即说明了通过本实施例提供的减振参数的处理方法是可以解决航天器多态运输载荷下减振参数的量化问题,即航天器在包装箱内运输时的晃动幅度大小就可以得到准确的值,进而为航天器包装箱尺寸的设计和控制提供有利条件,同时还可以评估减振方案对于运输载荷的有效性,可以使航天器运输过程从结果评价进化为过程评价,提高了航天器运输的预示能力和检测水平。
可选的,在航天器运输包装箱的设计中,可以控制运输包装箱内侧与所述运输对象之间的安全尺寸不小于所述最大计算位移值的2倍。这种优化航天器运输包装箱尺寸设计以适用于多种载荷的减振性能,可以降低包装箱的重复设计成本。
以卫星的运输减振试验为以上实施例进行辅助说明,如图2所示,图2为本发明实施例提供的适用多态运输载荷的运输减振试验装置简图,图2中卫星作为运输对象5固定放置在运输支架1上,并一同放置于卫星运输包装箱2内部,以备进行运输减振试验,其中,运输支架1底部设置有多个高阻尼减震器4,位移传感器7设置在运输对象5的表面突出结构6所在位置处,减振前的振动传感器4设置在运输包装箱2的底部,减振后的振动传感器4设置在减振前的振动传感器附近的运输支架的底部,这里的振动传感器即为加速度传感器。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解,本申请中所涉及的发明范围,并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案,同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下,由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
Claims (8)
1.一种多态运输载荷的减振参数的处理方法,其特征在于,该方法包括:
根据静力试验计算运输对象的一阶基频,
根据运输减振试验获取减振系统的加速度值和最大实测位移值,其中,所述最大实测位移值为所述运输对象在最大运输载荷下根据减振试验装置的位移传感器测得的所述运输对象在距离减振支座指定距离处相对于包装箱内侧的最大晃动量,所述加速度值包括减振前的加速度值和减振后的加速度值,基于减振前的加速度值和减振后的加速度值可获得所述减振系统对运输对象冲击的响应特性,
基于所述一阶基频调整阻尼减震器的刚度和数量,并设置所述减振系统的工作频带,其中,所述包装箱内设置有运输支架、高阻尼减震器及减振支座,所述运输对象通过所述运输支架设置于所述包装箱内,所述高阻尼减震器设置于所述运输支架底部,所述阻尼减震器设置为所述减振系统的减振装置,
基于所述加速度值计算所述减振系统对所述运输对象冲击的响应特性以得到最大计算位移值,
根据所述最大实测位移值验证所述运输对象的晃动是否超过所述最大计算位移值。
2.根据权利要求1所述的多态运输载荷的减振参数的处理方法,其特征在于,根据静力试验的位移数据计算减振对象的一阶基频,选取所述位移数据的判据为残余应变不大于2%。
3.根据权利要求1所述的多态运输载荷的减振参数的处理方法,其特征在于,所述一阶基频通过将静力变形值换算成等效刚度而得到。
4.根据权利要求1所述的多态运输载荷的减振参数的处理方法,其特征在于,所述最大实测位移值为所述运输对象在最大运输载荷下由位移传感器测得。
5.根据权利要求1所述的多态运输载荷的减振参数的处理方法,其特征在于,所述减振系统的工作频带的设置范围为大于1.8倍的计算基频。
6.根据权利要求4所述的多态运输载荷的减振参数的处理方法,其特征在于,所述位移传感器设置在所述运输对象上外伸部件的最大外形尺寸点。
7.根据权利要求1所述的多态运输载荷的减振参数的处理方法,其特征在于,所述最大实测位移值与所述最大计算位移值的误差范围为-5%至5%。
8.根据权利要求1所述的多态运输载荷的减振参数的处理方法,其特征在于,所述包装箱内侧与所述运输对象之间的安全尺寸不小于所述最大计算位移值的2倍。
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