CN113378297B - 一种卫星部件快速声振预示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种卫星部件快速声振预示方法，属于卫星局部声振预示技术领域；步骤一、建立卫星有限元FE模型，并准备历史声振试验声压级数据；设置声振试验的最大频率阈值为fA，则声振试验的全频段范围为0‑fA；步骤二、针对卫星FE模型中的星本体外大部件进行声振模拟方法选择；步骤三、针对卫星FE模型中的星本体舱板进行声振模拟方法选择；步骤四、针对卫星FE模型中星本体外小部件进行声振模拟方法选择；本发明适用于当只关注卫星局部声振响应时，建立快速有效的局部模型，降低建立完整卫星模型的难度和计算时间。

Description

一种卫星部件快速声振预示方法
技术领域
本发明属于卫星局部声振预示技术领域，涉及一种卫星部件快速声振预示方法。
背景技术
航天器在发射主动段承受宽频带和高量级的噪声激励，频带涉及10Hz到10000Hz，会对噪声敏感结构产生数10g量级的响应，可能引发仪器设备失效和破坏。在卫星研制初期开展卫星声振响应预示工作，可以指导卫星结构和布局设计，指导星上组件随机振动试验条件的制定，尽早发现问题以减少损失。
目前，考虑到卫星部件间的能量流动，需要建立完整卫星声振响应预示模型才能表征卫星声振试验或者发射状态下的振动情况，完整卫星声振建模一般采用全频段有限元法(Finite element，FE)或者低频段FE/高频段统计能量(Statistical Energy Analysis，SEA)组合法，其中FE法计算量很大，SEA法建模复杂度很大。而当只关注卫星局部声振响应时，目前并没有建立快速有效的局部模型的相关设计。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种卫星部件快速声振预示方法，适用于当只关注卫星局部声振响应时，建立快速有效的局部模型，降低建立完整卫星模型的难度和计算时间。
本发明解决技术的方案是：
一种卫星部件快速声振预示方法，包括如下步骤：
步骤一、建立卫星FE模型，并准备历史声振试验声压级数据；设置声振试验的最大频率阈值为fA，则声振试验的全频段范围为0-fA；
步骤二、针对卫星FE模型中的星本体外大部件进行声振模拟方法选择；星本体外大部件包括太阳能电池板、天线、馈电塔；
步骤三、针对卫星FE模型中的星本体舱板进行声振模拟方法选择；星本体舱板包括对地板、背地板、南服务舱、北服务舱、南通信舱、北通信舱；对地板、背地板、南服务舱、北服务舱、南通信舱和北通信舱围成卫星长方体壳体结构；
步骤四、针对卫星FE模型中星本体外小部件进行声振模拟方法选择；星本体外小部件包括10N推进器、太阳敏感器、星敏感器。
在上述的一种卫星部件快速声振预示方法，所述步骤二中，针对星本体外大部件进行声振模拟方法包括FE法和SEA法；
当采用FE法进行声振模拟时：
将卫星FE模型中需进行声振模拟的星本体外大部件在与其他部件连接处建立固定约束，采用FE法计算出星本体外大部件在0-1.2fA频段的模态结果；将星本体外大部件FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于需进行声振模拟的星本体外大部件的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入星本体外大部件在0-1.2fA频段的模态结果，进行声振分析解算，得到需进行声振模拟的星本体外大部件在全频段声振响应；
当采用SEA法进行声振模拟时：
在VAOne声振分析软件中建立需进行声振模拟的星本体外大部件的SEA模型，结构声辐射、声压激励、内损耗因子、耦合损耗因子和模态密度与低频段一致；进行声振分析解算，得到需进行声振模拟的星本体外大部件在全频段声振响应。
在上述的一种卫星部件快速声振预示方法，所述步骤二中，声振模拟方法选择的内容为：
FE法获得需进行声振模拟的星本体外大部件中各网格位置点的声振响应，解析时间大于SEA法；当需要星本体外大部件各位置点精细响应结果时，选择FE法；
SEA法获得需进行声振模拟的星本体外大部件的平均声振响应，解析时间小于FE法；当只需要星本体外大部件平均总均方根值响应结果时，选择SEA法。
在上述的一种卫星部件快速声振预示方法，所述步骤三中，所述针对卫星FE模型中的星本体舱板进行声振模拟方法包括三种方法，分别是对所有星本体舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟、对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟、对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用0-fA全频段FE法进行声振模拟。
在上述的一种卫星部件快速声振预示方法，所述对所有星本体舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟的具体方法为：
将所有星本体舱板FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中建立相应SEA模型，从SEA模型中获得所有星本体舱板在分析带宽内的模态数，设定模态数的基准点为5；将所有星本体舱板基准点为5时模态数对应的频率f1设为频率阈值；则当频率大于等于0且小于f1时，定义为低频段，在低频段采用FE法进行声振模拟；当频率大于等于f1且小于fA时，定义为高频段，在高频段采用SEA法进行声振模拟；
当在低频段采用FE法进行声振模拟时：
将卫星FE模型中所有星本体舱板与火箭连接处建立固定约束，采用FE法计算出所有星本体舱板在0-1.2f1频段的模态结果；将所有星本体舱板FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于所有星本体舱板中为卫星外部结构的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入所有星本体舱板在0-1.2f1频段的模态结果，进行声振分析解算，得到所有星本体舱板在0-f1频段内的声振响应；
当在高频段采用SEA法进行声振模拟时：
在f1-fA的频段内，在VAOne声振分析软件中建立所有星本体舱板SEA模型，结构声辐射、声压激励、内损耗因子、耦合损耗因子和模态密度与低频段一致；进行声振分析解算，得到所有星本体舱板在f1-fA频段内的声振响应。
在上述的一种卫星部件快速声振预示方法，所述对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟的方法为：
将某一星本体舱板+内外部直接相连舱板FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中建立相应SEA模型，从SEA模型中获得该结构在分析带宽内的模态数，设定模态数的基准点为5；将该星本体舱板+内外部直接相连舱板的基准点为5时该星本体舱板模态数对应的频率f1设为频率阈值；则当频率大于等于0且小于f1时，定义为低频段，在低频段采用FE法进行声振模拟；当频率大于等于f1且小于fA时，定义为高频段，在高频段采用SEA法进行声振模拟；
当在低频段采用FE法进行声振模拟时：
将卫星FE模型中某一星本体舱板+内外部直接相连舱板与其他部件连接处建立固定约束，采用FE法计算出该星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2f1频段的模态结果；将该星本体舱板+内外部直接相连舱板的模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于该星本体舱板+内外部直接相连舱板中为卫星外部结构的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入该星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2f1频段的模态结果，进行声振分析解算，得到该星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-f1频段内的声振响应；
当在高频段采用SEA法进行声振模拟时：
在f1-fA的频段内，在VAOne声振分析软件中建立某一星本体舱板+内外部直接相连舱板SEA模型，结构声辐射、声压激励、内损耗因子、耦合损耗因子和模态密度与低频段一致；进行声振分析解算，得到该星本体舱板+内外部直接相连舱板在f1-fA频段内的声振响应。
在上述的一种卫星部件快速声振预示方法，所述对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用0-fA全频段FE法进行声振模拟的具体方法为：
将卫星FE模型中需进行声振模拟的某一星本体舱板+内外部直接相连舱板与其他部件连接处建立固定约束，采用FE法计算出该星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2fA频段的模态结果；将该星本体舱板+内外部直接相连舱板模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于该星本体舱板+内外部直接相连舱板中为卫星外部结构的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入该星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2fA频段的模态结果，进行声振分析解算，得到该星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-fA频段声振响应。
在上述的一种卫星部件快速声振预示方法，所述声振模拟方法选择的内容为：
对所有星本体舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟的方法全频段准确度高，相对于完整卫星模型计算时间缩短约60％，只获得低频段的舱板各点的声振响应曲线，适用于关注多个舱板响应的情况；
对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟的方法只获得低频段的舱板各点的声振响应曲线，全频段准确度高，相对于完整卫星模型计算时间缩短约90％，适用于单个舱板全频段声振响应预示；
对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用0-fA全频段FE法进行声振模拟的方法仅在前2000Hz预示准确度高，由于卫星舱板声振响应主要集中在前2000Hz内，所以该方法可以反应舱板全频段声振特性，同时可以获得前2000Hz舱板各点声振响应曲线，相对于完整卫星模型计算时间缩短约85％。
在上述的一种卫星部件快速声振预示方法，所述步骤四中，针对卫星FE模型中星本体外小部件进行声振模拟方法包括两种方法，分别是星本体外小部件全频FE+小部件挂载舱板低频段FE且高频段SEA+内外部直接相连舱板低频段FE且高频段SEA法，以及星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板全频段FE法。
在上述的一种卫星部件快速声振预示方法，所述星本体外小部件全频FE+小部件挂载舱板低频段FE且高频段SEA+内外部直接相连舱板低频段FE且高频段SEA法具体为：
将小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中建立对应SEA模型，从SEA模型中获得小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在分析带宽内的模态数，设定模态数的基准点为5；将小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的基准点为5时模态数对应的频率f1设为频率阈值；则当频率大于等于0且小于f1时，定义为低频段，在低频段建立星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的FE模型；当频率大于等于f1且小于fA时，定义为高频段，在高频段建立星本体外小部件的FE模型和小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的SEA模型的混合模型；
当在低频段采用FE法进行声振模拟时：
将卫星FE模型中星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板与其它部件连接处建立固定约束，采用FE法计算出上述结构在0-1.2f1频段的模态结果；将星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的FE模型导入声振分析软件VAOne中；在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于该星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板中为卫星外部结构的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入该星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2f1频段的模态结果，进行声振分析解算，得到该星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在0-f1频段内的声振响应；
当在高频段采用星本体外小部件的FE模型和小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的SEA模型的混合模型进行声振模拟时：
采用FE法计算出星本体外小部件在自由约束条件下0.8f1-1.2fA频段的模态结果；将星本体外小部件FE模型导入声振分析软件VAOne中，并在声振软件中建立小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的SEA模型；两者通过混合连接接头连接；将星本体外小部件0.8f1-1.2fA的模态结果导入声振软件中，结构声辐射、声压激励、内损耗因子、耦合损耗因子和模态密度与低频段一致，解算得到该星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在f1-fA频段的声振响应。
在上述的一种卫星部件快速声振预示方法，所述星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板全频段FE法具体为：
将卫星FE模型中星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板与其他部件连接处建立固定约束，采用FE法计算出星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2fA频段的模态结果；将星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于需进行声振模拟的星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板中为卫星外部结构的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2fA频段的模态结果，进行声振分析解算，得到该星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在0-fA全频段声振响应。
在上述的一种卫星部件快速声振预示方法，所述声振模拟方法选择的内容为：
星本体外小部件全频FE+小部件挂载舱板低频段FE且高频段SEA+内外部直接相连舱板低频段FE且高频段SEA法在高频段时准确度不高，相对于完整卫星模型计算时间缩短约90％，应用于计算时间紧张，对精度要求不高的情况；
星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板全频段FE法在前2000Hz预示准确度高，由于星本体外小部件声振响应主要集中在前2000Hz内，该方法可以反应其全频段声振特性，同时可以获得前2000Hz星本体外小部件和挂载舱板各点声振响应曲线，相对于完整卫星模型计算时间缩短约85％。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明提供了一整套快速高效的卫星部件快速声振预示解决方法，增强了我国卫星型号研制中声振响应预示的能力；
(2)本发明给出了星体外大部件两种快速模拟方法，包括关注部件各点响应和计算时间紧张时两种情况下的推荐方法；
(3)本发明给出了星本体舱板三种快速模拟方法，包括关注单个舱板、多个舱板以及关注舱板全频段各处响应三种情况下的推荐方法；
(4)本发明给出了星外小部件两种快速模拟方法，包括计算时间紧张和关注部件和挂载舱板全频段各处响应两种情况下的推荐方法。
附图说明
图1为本发明快速声振预示流程图；
图2为本发明卫星模型示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明提出一种卫星部件快速声振预示方法，只关注卫星局部声振响应时，完整卫星声振模型计算量和建模复杂度很大的问题，将各部件根据对声振激励的敏感程度和位置特点进行分类，提出了针对卫星各类部件快速有效的局部模拟方法。
航天器在发射主动段承受宽频带和高量级的声振激励，频带涉及10Hz到10000Hz，会对声振敏感结构产生数10g量级的响应，可能引发仪器设备失效和破坏。在卫星研制初期开展卫星声振响应预示工作，可以指导卫星结构和布局设计，指导星上组件随机振动试验条件的制定，尽早发现问题以减少损失。本发明主要采用有限元法(Finite element，FE)或者统计能量法(Statistical Energy Analysis，SEA)进行声振模拟。
卫星部件快速声振预示方法，如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤一、建立卫星FE模型，如图2所示，并准备历史声振试验声压级数据；设置声振试验的最大频率阈值为fA，则声振试验的全频段范围为0-fA。
步骤二、针对卫星FE模型中的星本体外大部件进行声振模拟方法选择；星本体外大部件包括太阳能电池板、天线、馈电塔；针对星本体外大部件进行声振模拟方法包括FE法和SEA法；
当采用FE法进行声振模拟时：
将卫星FE模型中需进行声振模拟的星本体外大部件在与其他部件连接处建立固定约束，采用FE法计算出星本体外大部件在0-1.2fA频段的模态结果；将星本体外大部件FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于需进行声振模拟的星本体外大部件的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入星本体外大部件在0-1.2fA频段的模态结果，进行声振分析解算，得到需进行声振模拟的星本体外大部件在全频段声振响应；
当采用SEA法进行声振模拟时：
在VAOne声振分析软件中建立需进行声振模拟的星本体外大部件SEA模型，结构声辐射、声压激励、内损耗因子、耦合损耗因子和模态密度与低频段一致；进行声振分析解算，得到需进行声振模拟的星本体外大部件在全频段声振响应。
FE法获得需进行声振模拟的星本体外大部件中各网格位置点的声振响应，解析时间大于SEA法；当需要星本体外大部件各位置点精细响应结果时，选择FE法；
SEA法获得需进行声振模拟的星本体外大部件的平均声振响应，解析时间小于FE法；当只需要星本体外大部件平均总均方根值响应结果时，选择SEA法。
步骤三、针对卫星FE模型中的星本体舱板进行声振模拟方法选择；星本体舱板包括对地板、背地板、南服务舱、北服务舱、南通信舱、北通信舱；对地板、背地板、南服务舱、北服务舱、南通信舱和北通信舱围成卫星长方体壳体结构；针对卫星FE模型中的星本体舱板进行声振模拟方法包括三种方法，分别是对所有星本体舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟、对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟、对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用0-fA全频段FE法进行声振模拟。
星本体舱板可以分为两类，一类是直接受到声振激励的外部舱板，如通信舱、服务舱，另一类是间接受到激励的内部舱板，如中板、隔板等，前者对声振敏感，且对完整卫星模态影响很大，后者声学响应较小，且舱板上挂载设备较少，通常较少涉及声学分析。
对所有星本体舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟的具体方法为：
将所有星本体舱板FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中建立相应SEA模型，从SEA模型中获得所有星本体舱板在分析带宽内的模态数，设定模态数的基准点为5；将所有星本体舱板基准点为5时模态数对应的频率f1设为频率阈值；则当频率大于等于0且小于f1时，定义为低频段，在低频段采用FE法进行声振模拟；当频率大于等于f1且小于fA时，定义为高频段，在高频段采用SEA法进行声振模拟；
当在低频段采用FE法进行声振模拟时：
将卫星FE模型中所有星本体舱板与火箭连接处建立固定约束，采用FE法计算出所有星本体舱板在0-1.2f1频段的模态结果；将所有星本体舱板FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；由于混响声场硬边界声压比声场内声压高3dB，所以将声振试验声压级加3dB后加载于研究结构外表面，并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于所有星本体舱板中为卫星外部结构的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入所有星本体舱板在0-1.2f1频段的模态结果，进行声振分析解算，得到所有星本体舱板在0-f1频段内的声振响应；
当在高频段采用SEA法进行声振模拟时：
在f1-fA的频段内，在VAOne声振分析软件中建立所有星本体舱板SEA模型，结构声辐射、声压激励、内损耗因子、耦合损耗因子和模态密度与低频段一致；进行声振分析解算，得到所有星本体舱板在f1-fA频段内的声振响应。
对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟的方法为：
将某一星本体舱板+内部直接相连舱板FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中建立相应SEA模型，从SEA模型中获得该结构在分析带宽内的模态数，设定模态数的基准点为5；将某一星本体舱板+内外部直接相连舱板的基准点为5时该星本体舱板模态数对应的频率f1设为频率阈值；则当频率大于等于0且小于f1时，定义为低频段，在低频段采用FE法进行声振模拟；当频率大于等于f1且小于fA时，定义为高频段，在高频段采用SEA法进行声振模拟。
当在低频段采用FE法进行声振模拟时：
将卫星FE模型中某一星本体舱板+内外部直接相连舱板与其他部件连接处建立固定约束，采用FE法计算出该星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2f1频段的模态结果；将该星本体舱板+内外部直接相连舱板的模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于该星本体舱板+内外部直接相连舱板中为卫星外部结构的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入该某一星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2f1频段的模态结果，进行声振分析解算，得到该星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-f1频段内的声振响应；
当在高频段采用SEA法进行声振模拟时：
在f1-fA的频段内，在VAOne声振分析软件中建立某一星本体舱板+内外部直接相连舱板SEA模型，结构声辐射、声压激励、内损耗因子、耦合损耗因子和模态密度与低频段一致；进行声振分析解算，得到该星本体舱板+内外部直接相连舱板在f1-fA频段内的声振响应。
对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用0-fA全频段FE法进行声振模拟的具体方法为：
将卫星FE模型中需进行声振模拟的某一星本体舱板+内外部直接相连舱板与其他部件连接处建立固定约束，采用FE法计算出该星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2fA频段的模态结果；将该星本体舱板+内外部直接相连舱板模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于该星本体舱板+内外部直接相连舱板中为卫星外部结构的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入该星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2fA频段的模态结果，进行声振分析解算，得到需进行声振模拟的星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-fA全频段声振响应。
所述声振模拟方法选择的内容为：
对所有星本体舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟的方法全频段准确度高，相对于完整卫星模型计算时间缩短约60％，只获得低频段的舱板各点的声振响应曲线，适用于关注多个舱板响应的情况；
对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟的方法只获得低频段的舱板各点的声振响应曲线，全频段准确度高，相对于完整卫星模型计算时间缩短约90％，适用于单个舱板全频段声振响应预示；
对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用0-fA全频段FE法进行声振模拟的方法仅在前2000Hz预示准确度高，由于卫星舱板声振响应主要集中在前2000Hz内，所以该方法可以反应舱板全频段声振特性，同时可以获得前2000Hz舱板各点声振响应曲线，相对于完整卫星模型计算时间缩短约85％。
步骤四、针对卫星FE模型中星本体外小部件进行声振模拟方法选择；星本体外小部件包括10N推进器、太阳敏感器、星敏感器。
针对卫星FE模型中星本体外小部件进行声振模拟方法包括两种方法，分别是星本体外小部件全频FE+小部件挂载舱板低频段FE且高频段SEA+内外部直接相连舱板低频段FE且高频段SEA法，以及星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板全频段FE法。
星本体外小部件全频FE+小部件挂载舱板低频段FE且高频段SEA+内外部直接相连舱板低频段FE且高频段SEA法具体为：
将小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中建立对应SEA模型，从SEA模型中获得小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在分析带宽内的模态数，设定模态数的基准点为5；将小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的基准点为5时模态数对应的频率f1设为频率阈值；则当频率大于等于0且小于f1时，定义为低频段，在低频段建立星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的FE模型；当频率大于等于f1且小于fA时，定义为高频段，在高频段建立星本体外小部件的FE模型和小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的SEA模型的混合模型；
当在低频段采用FE法进行声振模拟时：
将卫星FE模型中星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板与其它部件连接处建立固定约束，采用FE法计算出上述结构在0-1.2f1频段的模态结果；将星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的FE模型导入声振分析软件VAOne中；在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于该星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板中为卫星外部结构的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入该星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2f1频段的模态结果，进行声振分析解算，得到该星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在0-f1频段内的声振响应；
当在高频段采用星本体外小部件的FE模型和小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的SEA模型的混合模型进行声振模拟时：
采用FE法计算出星本体外小部件在自由约束条件下0.8f1-1.2fA频段的模态结果；将星本体外小部件FE模型导入声振分析软件VAOne中，并在声振软件中建立小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的SEA模型；两者通过混合连接接头连接；将星本体外小部件0.8f1-1.2fA的模态结果导入声振软件中，结构声辐射、声压激励、内损耗因子、耦合损耗因子和模态密度与低频段一致，解算得到该星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在f1-fA频段的声振响应。
星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板全频段FE法具体为：
将卫星FE模型中星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板与其他部件连接处建立固定约束，采用FE法计算出星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2fA频段的模态结果；将星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于需进行声振模拟的星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板中为卫星外部结构的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2fA频段的模态结果，进行声振分析解算，得到该星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在0-fA全频段声振响应。
声振模拟方法选择的内容为：
星本体外小部件全频FE+小部件挂载舱板低频段FE且高频段SEA+内外部直接相连舱板低频段FE且高频段SEA法在高频段时准确度不高，相对于完整卫星模型计算时间缩短约90％，应用于计算时间紧张，对精度要求不高的情况；
星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板全频段FE法在前2000Hz预示准确度高，由于星本体外小部件声振响应主要集中在前2000Hz内，该方法可以反应其全频段声振特性，同时可以获得前2000Hz星本体外小部件和挂载舱板各点声振响应曲线，相对于完整卫星模型计算时间缩短约85％。
本发明提供了一整套快速高效的卫星部件快速声振预示解决方法，增强了我国卫星型号研制中声振响应预示的能力；给出了星体外大部件两种快速模拟方法，包括关注部件各点响应和计算时间紧张时两种情况下的推荐方法。给出了星本体舱板三种快速模拟方法，包括关注单个舱板、多个舱板以及关注舱板全频段各处响应三种情况下的推荐方法。给出了星外小部件两种快速模拟方法，包括计算时间紧张和关注部件和挂载舱板全频段各处响应两种情况下的推荐方法。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种卫星部件快速声振预示方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、建立卫星有限元FE模型，并准备历史声振试验声压级数据；设置声振试验的最大频率阈值为fA，则声振试验的全频段范围为0-fA；
步骤二、针对卫星FE模型中的星本体外大部件进行声振模拟方法选择；星本体外大部件包括太阳能电池板、天线、馈电塔；
所述步骤二中，针对星本体外大部件进行声振模拟方法包括FE法和统计能量SEA法；
当采用FE法进行声振模拟时：
将卫星FE模型中需进行声振模拟的星本体外大部件在与其他部件连接处建立固定约束，采用FE法计算出星本体外大部件在0-1.2fA频段的模态结果；将星本体外大部件FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于需进行声振模拟的星本体外大部件的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入星本体外大部件在0-1.2fA频段的模态结果，进行声振分析解算，得到需进行声振模拟的星本体外大部件在0-fA全频段声振响应；
当采用SEA法进行声振模拟时：
在VAOne声振分析软件中建立需进行声振模拟的星本体外大部件SEA模型，结构声辐射、声压激励、内损耗因子、耦合损耗因子和模态密度与低频段一致，进行声振分析解算，得到需进行声振模拟的星本体外大部件在0-fA全频段声振响应；
所述步骤二中，声振模拟方法选择的内容为：
FE法获得需进行声振模拟的星本体外大部件中各网格位置点的声振响应，解析时间大于SEA法；当需要星本体外大部件各位置点精细响应结果时，选择FE法；
SEA法获得需进行声振模拟的星本体外大部件的平均声振响应，解析时间小于FE法；当只需要星本体外大部件平均总均方根值响应结果时，选择SEA法；
步骤三、针对卫星FE模型中的星本体舱板进行声振模拟方法选择；星本体舱板包括对地板、背地板、南服务舱、北服务舱、南通信舱、北通信舱；对地板、背地板、南服务舱、北服务舱、南通信舱和北通信舱围成卫星长方体壳体结构；
所述针对卫星FE模型中的星本体舱板进行声振模拟方法包括三种方法，分别是对所有星本体舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟、对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟、对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用0-fA全频段FE法进行声振模拟；
步骤四、针对卫星FE模型中星本体外小部件进行声振模拟方法选择；星本体外小部件包括10N推进器、太阳敏感器、星敏感器；
所述对所有星本体舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟的具体方法为：
将所有星本体舱板FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中建立相应SEA模型，从SEA模型中获得所有星本体舱板在分析带宽内的模态数，设定模态数的基准点为5；将所有星本体舱板基准点为5时模态数对应的频率f1设为频率阈值；则当频率大于等于0且小于f1时，定义为低频段，在低频段采用FE法进行声振模拟；当频率大于等于f1且小于fA时，定义为高频段，在高频段采用SEA法进行声振模拟；
当在低频段采用FE法进行声振模拟时：
将卫星FE模型中所有星本体舱板与火箭连接处建立固定约束，采用FE法计算出所有星本体舱板在0-1.2f1频段的模态结果；将所有星本体舱板FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于所有星本体舱板中为卫星外部结构的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入所有星本体舱板在0-1.2f1频段的模态结果，进行声振分析解算，得到所有星本体舱板在0-f1频段内的声振响应；
当在高频段采用SEA法进行声振模拟时：
在f1-fA的频段内，在VAOne声振分析软件中建立所有星本体舱板的SEA模型，结构声辐射、声压激励、内损耗因子、耦合损耗因子和模态密度与低频段一致；进行声振分析解算，得到所有星本体舱板在f1-fA频段内的声振响应；
所述对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟的方法为：
将某一星本体舱板+内外部直接相连舱板FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中建立相应SEA模型，从SEA模型中获得该结构在分析带宽内的模态数，设定模态数的基准点为5；将该星本体舱板+内外部直接相连舱板的基准点为5时模态数对应的频率f1设为频率阈值；则当频率大于等于0且小于f1时，定义为低频段，在低频段采用FE法进行声振模拟；当频率大于等于f1且小于fA时，定义为高频段，在高频段采用SEA法进行声振模拟；
当在低频段采用FE法进行声振模拟时：
将卫星FE模型中该星本体舱板+内外部直接相连舱板与其他部件连接处建立固定约束，采用FE法计算出该星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2f1频段的模态结果；将该星本体舱板+内外部直接相连舱板的模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于该星本体舱板+内外部直接相连舱板中为卫星外部结构的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入该星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2f1频段的模态结果，进行声振分析解算，得到该星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-f1频段内的声振响应；
当在高频段采用SEA法进行声振模拟时：
在f1-fA的频段内，在VAOne声振分析软件中建立该星本体舱板+内外部直接相连舱板SEA模型，结构声辐射、声压激励、内损耗因子、耦合损耗因子和模态密度与低频段一致；进行声振分析解算，得到该星本体舱板+内外部直接相连舱板在f1-fA频段内的声振响应；
所述声振模拟方法选择的内容为：
对所有星本体舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟的方法全频段准确度高，相对于完整卫星模型计算时间缩短约60％，只获得低频段的舱板各点的声振响应曲线，适用于关注多个舱板响应的情况；
对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用低频段为FE法且高频段SEA法进行声振模拟的方法只获得低频段的舱板各点的声振响应曲线，全频段准确度高，相对于完整卫星模型计算时间缩短约90％，适用于单个舱板全频段声振响应预示；
对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用全频段FE法进行声振模拟的方法仅在前2000Hz预示准确度高，由于卫星舱板声振响应主要集中在前2000Hz内，所以该方法反应舱板全频段声振特性，同时获得前2000Hz舱板各点声振响应曲线，相对于完整卫星模型计算时间缩短约85％；
所述步骤四中，针对卫星FE模型中星本体外小部件进行声振模拟方法包括两种方法，分别是星本体外小部件全频FE+小部件挂载舱板低频段FE且高频段SEA+内外部直接相连舱板低频段FE且高频段SEA法，以及星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板全频段FE法；
所述声振模拟方法选择的内容为：
星本体外小部件全频FE+小部件挂载舱板低频段FE且高频段SEA+内外部直接相连舱板低频段FE且高频段SEA法在高频段时准确度不高，相对于完整卫星模型计算时间缩短约90％，应用于计算时间紧张，对精度要求不高的情况；
星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板全频段FE法在前2000Hz预示准确度高，由于星本体外小部件声振响应主要集中在前2000Hz内，该方法反应其全频段声振特性，同时获得前2000Hz星本体外小部件和挂载舱板各点声振响应曲线，相对于完整卫星模型计算时间缩短约85％。
2.根据权利要求1所述的一种卫星部件快速声振预示方法，其特征在于：所述对某一星本体舱板+内外部直接相连舱板采用0-fA全频段FE法进行声振模拟的具体方法为：
将卫星FE模型中需进行声振模拟的某一星本体舱板+内外部直接相连舱板与其他部件连接处建立固定约束，采用FE法计算出该星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2fA频段的模态结果；将该星本体舱板+内外部直接相连舱板模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于该星本体舱板+内外部直接相连舱板中为卫星外部结构的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入该星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2fA频段的模态结果，进行声振分析解算，得到该星本体舱板+内外部直接相连舱板在0-fA频段声振响应。
3.根据权利要求2所述的一种卫星部件快速声振预示方法，其特征在于：所述星本体外小部件全频FE+小部件挂载舱板低频段FE且高频段SEA+内外部直接相连舱板低频段FE且高频段SEA法具体为：
将小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中建立对应SEA模型，从SEA模型中获得小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在分析带宽内的模态数，设定模态数的基准点为5；在低频段建立星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的FE模型；在高频段建立星本体外小部件的FE模型和小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的SEA模型的混合模型；
当在低频段采用FE法进行声振模拟时：
将卫星FE模型中星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板与其它部件连接处建立固定约束，采用FE法计算出上述结构在0-1.2f1频段的模态结果；将星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的FE模型导入声振分析软件VAOne中；在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于该星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板中为卫星外部结构的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入该星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2f1频段的模态结果，进行声振分析解算，得到该星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在0-f1频段内的声振响应；
当在高频段采用星本体外小部件的FE模型和小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的SEA模型的混合模型进行声振模拟时：
采用FE法计算出星本体外小部件在自由约束条件下0.8f1-1.2fA频段的模态结果；将星本体外小部件FE模型导入声振分析软件VAOne中，并在声振软件中建立小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的SEA模型；两者通过混合连接接头连接；将星本体外小部件0.8f1-1.2fA的模态结果导入声振软件中，结构声辐射、声压激励、内损耗因子、耦合损耗因子和模态密度与低频段一致，解算得到该星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在f1-fA频段的声振响应。
4.根据权利要求3所述的一种卫星部件快速声振预示方法，其特征在于：所述星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板全频段FE法具体为：
将卫星FE模型中星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板与其他部件连接处建立固定约束，采用FE法计算出星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2fA频段的模态结果；将星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板的FE模型导入声振分析软件VAOne中，在声振分析软件中调用半无限场模拟结构声辐射；在声振分析软件中调用扩散声场模拟声压激励；并将历史声振试验声压级数据增加3dB后加载于该星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板中为卫星外部结构的外表面；耦合损耗因子和模态密度采用声振分析软件内部自动计算值；内损耗因子来源于内损耗因子试验历史数据；在声振软件中导入星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在0-1.2fA频段的模态结果，进行声振分析解算，得到该星本体外小部件+小部件挂载舱板+内外部直接相连舱板在0-fA全频段声振响应。
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