CN112836351B - 商业微小卫星装星产品正弦振动试验设计方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种商业微小卫星装星产品正弦振动试验设计方法和系统，包括：步骤1：对微小卫星产品进行分类，根据产品力学环境适应特性分为型谱产品、改型或新研产品和力学敏感产品；步骤2：对比单机验收级试验条件与型谱产品验收级试验条件，对型谱产品进行试验；步骤3：根据环境与可靠性试验规范给定的一般单机的正弦振动试验条件覆盖试验响应，对改型或新研产品按照给定的试验条件进行验收级试验；步骤4：对力学敏感产品优化试验条件进行单独正弦振动考核或随整星一并考核。本发明实现了不同装星产品验收正弦振动试验原则及试验条件的优化，并给出实现的系统逻辑装置，进一步降低研制成本、缩短研制周期，确保商业微小卫星的固有可靠性。

Description

商业微小卫星装星产品正弦振动试验设计方法和系统

技术领域

本发明涉及航天工程技术领域，具体地，涉及一种商业微小卫星装星产品正弦振动试验设计方法和系统。

背景技术

随着商业航天的迅速发展，国内外商业微小卫星的研制规模呈现大量增加，商业微小卫星确保任务可靠性的前提下，研制周期短、成本低，推行大量采用货架式产品，但仍会存在继承性不高的改型产品或新研产品，对于改型或新研的装星单机产品需要正弦振动试验的环境适应性考核，由于成本和研制周期的限制，商业微小卫星单机产品无法按照传统卫星环境与可靠性的试验方法对所有改型或新研专门投产鉴定件进行正弦振动试验，甚至不会投产结构星进行力学试验，一步正样，在正弦振动正弦振动试验时如果量级过小存在欠试验的风险；如果量级过大，力学敏感产品可能会因为过试验导致产品损伤或损坏，影响卫星的可靠性，本文对不同类型的装星产品进行梳理，特别对力学敏感性产品提出适应商业微小卫星研制的正弦振动的验收试验原则和试验条件精细化制定方法。

专利文献CN108008211A(申请号：CN201710994363.5)公开了一种微小卫星单机可靠性试验方法，包括如下步骤：步骤一：明确微小卫星单机可靠性试验的原则要求，包括：优化元器件级试验、强化单板级试验、简化单机级试验；步骤二，确定微小卫星单机可靠性试验的项目和顺序；步骤三，明确微小卫星单机可靠性试验的具体要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种商业微小卫星装星产品正弦振动试验设计方法和系统。

根据本发明提供的商业微小卫星装星产品正弦振动试验设计方法，包括：

步骤1：对微小卫星产品进行分类，根据产品力学环境适应特性分为型谱产品、改型或新研产品和力学敏感产品；

步骤2：对比单机验收级试验条件与型谱产品验收级试验条件，对型谱产品进行试验；

步骤3：根据环境与可靠性试验规范给定的一般单机的正弦振动试验条件覆盖试验响应，对改型或新研产品按照给定的试验条件进行验收级试验；

步骤4：对力学敏感产品优化试验条件进行单独正弦振动考核或随整星一并考核。

优选的，所述步骤2包括：

基于整星结构力学试验数据和整星采取的下凹措施情况下，若型谱产品验收级试验条件覆盖单机验收级试验条件，则在验收试验时免做正弦振动试验；

若型谱产品验收级试验条件不能覆盖单机验收级试验条件，则评估该型谱产品是否满足试验要求，若不能满足则改进产品结构设计、整星结构设计或布局，直至满足要求。

优选的，所述步骤2包括：

没有整星结构力学试验数据的情况下，通过仿真分析力学响应情况，对比单机验收级条件与型谱产品验收级试验条件；

若型谱产品验收级试验条件覆盖单机验收级试验条件，则在验收试验时按环境与可靠性试验规范给定的一般单机正弦振动试验条件进行；

若型谱产品验收级试验条件不能覆盖单机验收级试验条件，则评估该型谱产品是否满足试验要求，若不能满足则改进产品结构设计、整星结构设计或布局，直至满足要求。

优选的，所述步骤3包括：

基于整星结构力学试验数据和整星采取的下凹措施情况下，根据正弦振动试验数据精细化正弦振动试验条件：

试验量级为正弦振动试验响应曲线峰值的1倍～2倍，若正弦振动试验响应超过10g，则调整结构或布局。

优选的，下凹低点边界水平距离响应曲线边界应不小于5Hz，覆盖正样产品特性频率的差异性波动。

优选的，所述步骤3包括：

没有整星结构力学试验数据的情况下，通过仿真分析力学响应情况，根据仿真分析数据精细化正弦振动试验条件：

试验量级为正弦振动试验响应曲线峰值的1.1倍～2倍，若正弦振动试验响应超过10g，则调整结构或布局。

优选的，下凹低点边界水平距离响应曲线边界应不小于10Hz，覆盖正样产品特性频率的差异性波动。

优选的，所述步骤4包括：

基于整星结构力学试验数据和整星采取的下凹措施情况下，评估力学敏感产品的单独正弦振动试验条件与实际飞行环境的差异导致损伤的风险，若鉴定试验和仿真分析均满足要求，则免做单独的正弦振动试验，随整星正弦振动试验一并考核。

优选的，所述步骤4包括：

没有整星结构力学试验数据的情况下，对力学敏感产品在分析或试验满足飞行的条件下，免做单独的正弦振动试验，随整星正弦振动试验一并考核。

根据本发明提供的商业微小卫星装星产品正弦振动试验设计系统，包括：

模块M1：对微小卫星产品进行分类，根据产品力学环境适应特性分为型谱产品、改型或新研产品和力学敏感产品；

模块M2：对比单机验收级试验条件与型谱产品验收级试验条件，对型谱产品进行试验；

模块M3：根据环境与可靠性试验规范给定的一般单机的正弦振动试验条件覆盖试验响应，对改型或新研产品按照给定的试验条件进行验收级试验；

模块M4：对力学敏感产品优化试验条件进行单独正弦振动考核或随整星一并考核。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明相比传统卫星对装星产品进行了基于风险同一化的继承性分析、分类，优化各类产品的正弦振动试验方案和试验条件，对力学敏感的设备采取局部下凹的精细化制定方法，为保护产品可能因过试验产生损伤和损坏，在分析满足飞行的情况下力学特别敏感产品可不单独进行正弦振动试验，而在整星正弦振动试验时统一考核，更接近实际环境条件；

(2)本发明降低了单独做正弦振动试验因试验模拟条件不准确产生过试验的风险，从而实现不同装星产品正弦振动试验方案的合理化和规范化；

(3)对于优化的试验项目有可能带来的风险通过设计和仿真来保证，在整星环境适应性试验进行验证，在明确风险的前提下，优化的试验方案进一步降低研制成本、缩短研制周期，并使商业微小卫星的固有可靠性得以保证。

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为整星结构星X向的正弦振动试验验收级响应图；

图2为整星无结构星正弦振动试验数据，Y向的正弦振动仿真曲线图；

图3为本发明的商业微小卫星装星产品试验方案优化图；

图4为本发明的商业微小卫星装星产品正弦振动试验逻辑装置示意图。

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。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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

根据本发明提供的商业微小卫星装星产品正弦振动试验设计方法，包括：

步骤1：对微小卫星产品进行分类，根据产品力学环境适应特性分为型谱产品、改型或新研产品和力学敏感产品；

步骤2：对比单机验收级试验条件与型谱产品验收级试验条件，对型谱产品进行试验；

步骤3：根据环境与可靠性试验规范给定的一般单机的正弦振动试验条件覆盖试验响应，对改型或新研产品按照给定的试验条件进行验收级试验；

步骤4：对力学敏感产品优化试验条件进行单独正弦振动考核或随整星一并考核。

优选的，所述步骤2包括：

基于整星结构力学试验数据和整星采取的下凹措施情况下，若型谱产品验收级试验条件覆盖单机验收级试验条件，则在验收试验时免做正弦振动试验；

若型谱产品验收级试验条件不能覆盖单机验收级试验条件，则评估该型谱产品是否满足试验要求，若不能满足则改进产品结构设计、整星结构设计或布局，直至满足要求。

优选的，所述步骤2包括：

没有整星结构力学试验数据的情况下，通过仿真分析力学响应情况，对比单机验收级条件与型谱产品验收级试验条件；

若型谱产品验收级试验条件覆盖单机验收级试验条件，则在验收试验时按环境与可靠性试验规范给定的一般单机正弦振动试验条件进行；

若型谱产品验收级试验条件不能覆盖单机验收级试验条件，则评估该型谱产品是否满足试验要求，若不能满足则改进产品结构设计、整星结构设计或布局，直至满足要求。

优选的，所述步骤3包括：

基于整星结构力学试验数据和整星采取的下凹措施情况下，根据正弦振动试验数据精细化正弦振动试验条件：

试验量级为正弦振动试验响应曲线峰值的1倍～2倍，若正弦振动试验响应超过10g，则调整结构或布局。

优选的，下凹低点边界水平距离响应曲线边界应不小于5Hz，覆盖正样产品特性频率的差异性波动。

优选的，所述步骤3包括：

没有整星结构力学试验数据的情况下，通过仿真分析力学响应情况，根据仿真分析数据精细化正弦振动试验条件：

试验量级为正弦振动试验响应曲线峰值的1.1倍～2倍，若正弦振动试验响应超过10g，则调整结构或布局。

优选的，下凹低点边界水平距离响应曲线边界应不小于10Hz，覆盖正样产品特性频率的差异性波动。

优选的，所述步骤4包括：

基于整星结构力学试验数据和整星采取的下凹措施情况下，评估力学敏感产品的单独正弦振动试验条件与实际飞行环境的差异导致损伤的风险，若鉴定试验和仿真分析均满足要求，则免做单独的正弦振动试验，随整星正弦振动试验一并考核。

优选的，所述步骤4包括：

没有整星结构力学试验数据的情况下，对力学敏感产品在分析或试验满足飞行的条件下，免做单独的正弦振动试验，随整星正弦振动试验一并考核。

实施例2：

某产品A为力学敏感产品，整星结构星X向的正弦振动试验验收级响应如图1，根据响应曲线精细化制定装星件正弦振动试验验收试验条件，具体步骤如下：

步骤一：产品A为力学敏感产品，需要进行正弦振动试验考核，根据整星结构星正弦振动试验验收级响应制定。

步骤二：由正弦试验响应曲线可以看出有两个响应峰值，最大峰值为8.98g，在峰值附近试验量级可取9g包络该峰值；第二个峰值不到3g，适当给出一定余量，试验量级取4.5g；后面一段响应小于0.4g，可进一步下凹试验量级取2g。

步骤三：为了确保能够覆盖正样产品特性频率的差异性波动，制定试验条件的下凹低点边界水平距离响应曲线边界应不小于5Hz，见图1。

步骤四：最终确定产品A装星件的X向正弦振动试验验收级条件如表1。同样方法制定Y、Z向正弦试验验收级试验条件。

表1产品A的X向验收级试验条件

实施例3：

某产品B为力学敏感产品，整星无结构星正弦振动试验数据，Y向的正弦振动仿真曲线如图2，根据仿真曲线精细化制定装星件正弦振动试验验收试验条件，具体步骤如下：

步骤一：产品B为力学敏感产品，需要进行正弦振动试验考核，根据整星仿真的验收级响应曲线制定。

步骤二：由正弦仿真曲线可以看出有一个响应峰值，最大峰值为4.6g，在峰值附近试验量级给出1.1倍的余量系数，试验量级可取5.1g包络该峰值；在峰值之前下凹至3.5g试验量级以包络仿真曲线。

步骤三：为了确保能够覆盖正样产品特性频率的差异性波动，制定试验条件的下凹低点边界水平距离响应曲线边界应不小于10Hz，见图2。

步骤四：最终确定产品B装星件的Y向正弦振动验收级试验条件如表2。同样方法制定X、Z向正弦试验验收级试验条件。

表2产品B的Y向验收级试验条件

频率范围(Hz)	5～14	14～75	75-76	76～100
					Y向	4.44mm(O-P)	3.5g	过渡	5.1g

如图4所示，本发明提供的一种商业微小卫星正弦振动试验试验方案逻辑装置，包括力学敏感单机装星件101、单机振动试验设备102、响应采集设备103、单机试验条件优化设备104、计算机及仿真软件105、整星振动试验设备106、结构星107、一般单机或改进单机结构件108、结构星109。各个设备通过信息获取和传递，通过优化方法获得获得力学敏感单机合理的试验条件，避免力学敏感单机在验收时由于过试验产生损坏。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (2)

1.一种商业微小卫星装星产品正弦振动试验设计方法，其特征在于，包括：

步骤1：对微小卫星产品进行分类，根据产品力学环境适应特性分为型谱产品、改型或新研产品和力学敏感产品；

步骤2：对比单机验收级试验条件与型谱产品验收级试验条件，对型谱产品进行试验；

步骤3：根据环境与可靠性试验规范给定的一般单机的正弦振动试验条件覆盖试验响应，对改型或新研产品按照给定的试验条件进行验收级试验；

步骤4：对力学敏感产品优化试验条件进行单独正弦振动考核或随整星一并考核；

所述步骤2包括：

基于整星结构力学试验数据和整星采取的下凹措施情况下，若型谱产品验收级试验条件覆盖单机验收级试验条件，则在验收试验时免做正弦振动试验；

若型谱产品验收级试验条件不能覆盖单机验收级试验条件，则评估该型谱产品是否满足试验要求，若不能满足则改进产品结构设计、整星结构设计或布局，直至满足要求；

所述步骤2包括：

没有整星结构力学试验数据的情况下，通过仿真分析力学响应情况，对比单机验收级条件与型谱产品验收级试验条件；

若型谱产品验收级试验条件覆盖单机验收级试验条件，则在验收试验时按环境与可靠性试验规范给定的一般单机正弦振动试验条件进行；

若型谱产品验收级试验条件不能覆盖单机验收级试验条件，则评估该型谱产品是否满足试验要求，若不能满足则改进产品结构设计、整星结构设计或布局，直至满足要求；

所述步骤3包括：

基于整星结构力学试验数据和整星采取的下凹措施情况下，根据正弦振动试验数据精细化正弦振动试验条件：

试验量级为正弦振动试验响应曲线峰值的1倍～2倍，若正弦振动试验响应超过10g，则调整结构或布局；

下凹低点边界水平距离响应曲线边界应不小于5Hz，覆盖正样产品特性频率的差异性波动；

所述步骤3包括：

没有整星结构力学试验数据的情况下，通过仿真分析力学响应情况，根据仿真分析数据精细化正弦振动试验条件：

试验量级为正弦振动试验响应曲线峰值的1.1倍～2倍，若正弦振动试验响应超过10g，则调整结构或布局；

下凹低点边界水平距离响应曲线边界应不小于10Hz，覆盖正样产品特性频率的差异性波动；

所述步骤4包括：

基于整星结构力学试验数据和整星采取的下凹措施情况下，评估力学敏感产品的单独正弦振动试验条件与实际飞行环境的差异导致损伤的风险，若鉴定试验和仿真分析均满足要求，则免做单独的正弦振动试验，随整星正弦振动试验一并考核；

所述步骤4包括：

没有整星结构力学试验数据的情况下，对力学敏感产品在分析或试验满足飞行的条件下，免做单独的正弦振动试验，随整星正弦振动试验一并考核。

2.一种商业微小卫星装星产品正弦振动试验设计系统，其特征在于，采用权利要求1所述的商业微小卫星装星产品正弦振动试验设计方法，包括：

模块M1：对微小卫星产品进行分类，根据产品力学环境适应特性分为型谱产品、改型或新研产品和力学敏感产品；

模块M2：对比单机验收级试验条件与型谱产品验收级试验条件，对型谱产品进行试验；

模块M3：根据环境与可靠性试验规范给定的一般单机的正弦振动试验条件覆盖试验响应，对改型或新研产品按照给定的试验条件进行验收级试验；

模块M4：对力学敏感产品优化试验条件进行单独正弦振动考核或随整星一并考核。

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