KR20140051150A - 고강도 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

고강도 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 시스템(10)은 전력 증폭기(28), 쉐이커(40), 및 공진 빔(102)을 포함할 수 있다. 전력 증폭기(28)는 원하는 충격 응답 스펙트럼(SRS)(208)을 나타내는 천이 신호 파형을 증폭하도록 구성될 수 있다. 쉐이커(40)는 증폭된 신호 파형에 응답하여 충격 펄스(54)를 발생시키도록 구성될 수 있다. 공진 빔(102)은 쉐이커(40)에 설치될 수 있고, 충격 펄스(54)를 증폭시키도록 구성될 수 있다.

Description

고강도 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR SIMULATING HIGH-INTENSITY PYROTECHNIC SHOCK}
본 발명은 일반적으로 충격 시험에 관한 것이며, 더욱 구체적으로는, 시험 대상인 구성요소(component) 또는 물건에서 고강도(high intensity) 파이로테크닉 충격(pyrotechnic shock)을 시뮬레이션하기 위한 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
통신 위성들과 같은 우주선은 궤도로의 발사 동안 여러 개의 서로 별개의 충격 이벤트(shock event)들을 받을 수 있다. 예를 들어, 발사체(launch vehicle)에 의해 운반되는 우주선은 발사체로부터 부스터(booster)들의 분리 동안 및 발사체의 스테이징(staging) 동안 충격을 받을 수 있다. 우주선은 또한 우주선이 일단 궤도로 진입하면 우주선의 발사체로부터의 분리 동안 및 태양전지판(solar panel)들과 같은 서브시스템들의 배치 동안 충격을 받을 수 있다.
상술한 분리 및 배치 이벤트들을 용이하게 하기 위해서, 우주 발사시에 파이로테크닉 또는 폭발성 물질들이 널리 이용된다. 분리 또는 배치 이벤트 동안 폭발 에너지의 방출은 상대적으로 짧은 지속시간 및 높은 크기의 충격 펄스의 발생을 야기한다. 예를 들어, 충격 펄스는 50 마이크로세컨드(microsecond)에서부터 20 밀리세컨드(millisecond)까지의 지속시간을 가질 수 있다. 게다가, 충격 펄스는 1,000,000 Hz까지의 주파수 범위 및 300,000 g's까지의 피크 진폭(peak amplitude)(예컨대, 가속도)을 가질 수 있다. 이러한 상대적으로 높은 강도의 충격 펄스들은 우주선 및 발사체에 설치될 수 있는 민감한 구성요소들 및 계기장비(instrumentation)들에 전달될 수 있다.
이러한 구성요소들이 발사 동안의 고강도 충격 펄스들을 견딜 수 있다는 것을 보장하기 위해서, 개별 구성요소들은 전형적으로 실험실 환경 또는 다른 제어된 환경(controlled environment)에서 적격 시험(qualification testing)을 받는다. 적격 시험 동안, 구성요소는 서비스 환경에서(예컨대, 발사체에서) 일어날 것으로 예상되는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하는 충격 펄스를 받을 수 있다. 시뮬레이션될 파이로테크닉 충격은 전형적으로 특정된 또는 원하는 충격 응답 스펙트럼(SRS: shock response spectrum)을 이용해서 특징지어진다. 원하는 SRS는 실제 화약(live ordnance)을 이용해서, 시뮬레이션되는(simulated) 또는 실제의 시스템 구조물의 파이로테크닉 충격에 대한 응답(예컨대, 가속도)을 측정함으로써 개발될 수 있다. 예를 들어, 발사체의 위성 분리부(payload attach fitting)에 설치된 통신 위성으로 전송되는 파이로테크닉 충격을 나타내는 원하는 SRS가 개발될 수 있다. 원하는 SRS는 비행 시퀀스(flight sequence) 동안 일어나는 모든 파이로테크닉 충격(들)의 합성의 포락선을 나타낼(envelope) 수 있다. 예를 들어, 원하는 SRS는 로켓 모터의 발사체로부터의 분리 동안 일어나는 충격, 페어링(fairing)의 발사체로부터의 분리 동안의 충격, 위성이 발사체로부터 분리될 수 있도록 하기 위해 위성을 위성 분리부에 고정시키는 클램프 밴드(clamp band)를 해제하기(release) 위한 파이로테크닉 볼트 커터(pyrotechnic bolt cutter)의 폭파 동안의 충격, 및 다른 충격 이벤트들을 포함할 수 있다.
구성요소의 적격 시험 동안 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 기존 시스템들 및 방법들은 실험실 환경에서 화약(ordnance)의 측정된 양을 이용하는 것을 포함한다. 화약은 구성요소 또는 구성요소의 질량 모델이 설치될 수 있는 구조물에 부착될 수 있다. 원하는 SRS를 복제하는 구조물에서의 가속도 응답을 낳는 충격 펄스를 생성하기 위하여 화약이 폭파될 수 있다. 불행하게도, 이러한 방법을 이용해서 생성된 충격 펄스들은 화약(즉, 폭약) 장전의 측정된 양에 포함된 포텐셜 에너지를 정량화하기 어렵기 때문에 부정확할 수 있다. 게다가, 실제 화약으로부터 생성된 충격 펄스들은 제어하기 어려워서, 원하는 SRS의 허용 한도(acceptable limit) 내에서 가속도 응답을 달성할 때까지 시행착오(trial-and-error) 기반으로 실제 화약의 상이한 양들을 이용하는 시간소모적인 반복 시험을 초래할 수 있다.
게다가, 원하는 SRS는 다양한 주파수 내용에 따라서 여러 개의 상이한 충격 이벤트들의 포락선을 나타낼 수 있기 때문에, 실제 화약을 이용한 시험은, 고가의 테스트 하드웨어에 대한 손상 및 고장 분석의 필요를 낳을 수 있는 시험 물건의 오버-테스팅(over-testing)을 초래할 수 있고, 재시험이 이어지는 하드웨어의 수선, 재작업, 또는 재설계를 초래할 수 있다. 오버-테스팅을 피하기 위하여 화약의 약을 감소시키는 것은, 충격 크기들이 적격 시험을 위해 특정된 레벨들보다 작은, 시험 물건의 언터-테스팅(under-testing)을 초래할 수 있다. 적격 시험에 대한 폭발성 물질들의 이용과 관련된 추가적 단점은 물질들의 안전한 취급 및 부족에 대해서 정교한 방침들이 요구될 수 있다는 점이다.
파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 기존 시스템들은 또한 시험 대상인 구성요소가 설치될 수 있는 구조물에서 충격 펄스를 발생시키기 위하여 기계적 임팩트(mechanical impact)를 이용하는 것을 포함할 수 있다. 불행하게도, 기계적 임팩트 방법은 하나의 기계적 임팩트에서 다른 것으로 구조물에서의 원하는 가속도를 정확하게 재현하는 데 있어서의 도전과제를 낳는다. 게다가, 기계적 임팩트 방법은 프라이머리(primary) 충격 펄스의 종료시에 구조물에서 기계적 링잉(mechanical ringing) 또는 잔여 충격 응답(residual shock response)을 낳을 수 있다. 이와 달리, 실제 비행 구조물에서 이용가능할 수 있는 충격의 흡수, 감쇠, 감쇄(attenuation), 또는 분산으로 인해, 실제 비행 구조물에서는 이러한 기계적 링잉이 일어나지 않을 수 있다. 이점과 관련하여, 임팩트 방법에서 일어날 수 있는 이러한 기계적 링잉은 파이로테크닉 충격의 부정확한 시뮬레이션(simulation)을 초래할 수 있다.
알 수 있는 바와 같이, 다양한 주파수 내용에 따라서 여러 개의 상이한 충격 이벤트들의 포락선을 나타낼 수 있는 원하는 SRS를 가지고 고강도 파이로테크닉 충격을 정확하게 시뮬레이션하기 위한 시스템 및 방법에 대한 필요성이 본 기술분야에 존재한다. 게다가, 우수한 반복성(repeatability)을 가지고 정밀하게 제어될 수 있으며 저가인, 고강도 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 시스템 및 방법에 대한 필요성이 본 기술분야에 존재한다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 원하는 충격 응답 스펙트럼(shock response spectrum: SRS)을 갖는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
고강도 파이로테크닉 충격의 시뮬레이션과 관련된 상술한 필요성들은 본 발명에 의해서 구체적으로 처리되고 경감되는데, 일 실시 예에 있어서, 본 발명은 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 시스템을 제공한다. 본 시스템은 전력 증폭기, 쉐이커, 및 공진 빔을 포함할 수 있다. 전력 증폭기는 원하는 충격 응답 스펙트럼(SRS)을 나타내는 천이 신호 파형을 증폭하도록 구성될 수 있다. 쉐이커는 증폭된 신호 파형에 응답하여 충격 펄스를 생성하도록 구성될 수 있다. 공진 빔은 쉐이커에 설치될 수 있고, 충격 펄스를 증폭하도록 구성될 수 있다.
추가적인 실시 예에 있어서, 적어도 하나의 니 주파수 및 허용오차 밴드를 갖는 원하는 충격 응답 스펙트럼(SRS)에 의해서 표현되는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 시스템이 공개된다. 본 시스템은 원하는 SRS를 나타내는 천이 신호 파형을 증폭하도록 구성된 전력 증폭기를 포함할 수 있다. 본 시스템은 기준축 및 아마츄어를 갖는 전기역학적 쉐이커를 더 포함할 수 있다. 쉐이커는 증폭된 신호 파형에 응답하여 충격 펄스를 발생시키도록 구성될 수 있다. 충격 펄스는 기준축에 실질적으로 평행하게 지향될 수 있다. 본 시스템은 아마츄어에 설치될 수 있는 공진 빔을 더 포함할 수 있다. 공진 빔 상의 적어도 하나의 위치가 니 주파수에서의 가속도와 실질적으로 동등한 절대 피크 가속도를 갖게 하기 위해서, 충격 펄스를 증폭시키도록 공진 빔이 구성될 수 있다.
또한, 원하는 충격 응답 스펙트럼(SRS)을 갖는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하는 방법이 공개된다. 본 방법은 쉐이커에 설치된 공진 빔을 갖는 쉐이커를 이용해서 충격 펄스를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 충격 펄스에 응답하여 공진 빔을 여기시키는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 본 방법은 또한 공진 빔의 여기에 응답하여 공진 빔 상의 적어도 하나의 위치에서 충격 펄스를 증폭시키는 단계를 포함할 수 있다.
추가적인 실시 예에 있어서, 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하는 방법이 공개된다. 파이로테크닉 충격은 니 주파수 및 니 주파수에 상응하는 가속도를 포함하는 원하는 충격 응답 스펙트럼(SRS)을 가질 수 있다. 본 방법은 원하는 SRS를 나타내는 천이 신호 파형을 발생시키는 단계 및 신호 파형을 증폭시키는 단계를 포함할 수 있다. 증폭된 신호 파형은 전기역학적 쉐이커에 설치된 공진 빔을 갖는 전기역학적 쉐이커에 적용될 수 있다. 본 방법은 증폭된 신호 파형에 응답하여 쉐이커에서 충격 펄스를 발생시키는 단계를 포함할 수 있다. 충격 펄스는 기준축에 실질적으로 평행하게 지향될 수 있다. 본 방법은 충격 펄스의 발생에 응답하여 공진 빔을 여기시키는 단계 및 공진 빔의 여기에 응답하여 공진 빔에서의 충격 펄스를 증폭시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 방법은 충격 펄스의 증폭에 응답하여 공진 빔 상의 위치에서 피크 가속도를 측정하는 단계 및 측정 피크 가속도를 기초로 하여 시뮬레이션된 SRS를 계산하는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 본 방법은 또한 시뮬레이션된 SRS의 절대 피크 가속도가 니 주파수에 상응하는 가속도와 실질적으로 동등할 때까지 적어도 하나의 시험변수를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 시험변수는 가속도가 측정되는 공진 빔 상의 위치를 조절하는 단계를 포함할 수 있다. 시험변수는 또한 공진 빔 상의 구성을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
설명된 특징들, 기능들, 및 이점들은 본 발명의 다양한 실시 예들에서 독립적으로 달성될 수 있으며, 또는 또 다른 실시 예들에서 조합될 수 있으며, 추가적인 세부사항들이 이하의 설명 및 도면을 참조하여 이해될 수 있다.
도 1은 시험 물건에서 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 시스템의 실시 예의 개략도의 도면이고, 쉐이커에 의해 발생된 충격 펄스를 증폭하기 위한 쉐이커 및 공진 빔을 포함한다;
도 2는 공진 빔이 액시얼 빔으로서 구성된 시스템의 실시 예의 투시도이다;
도 3은 도 2의 라인 3-3을 따라서 취해진 시스템의 상면도이고, 쉐이커에 설치된 액시얼 빔을 도시한다;
도 4는 도 3의 라인 4-4를 따라서 취해진 시스템의 측면도이고, 액시얼 빔으로 전해진 충격 펄스를 도시한다;
도 5는 도 3의 라인 5-5를 따라서 취해진 시스템의 측면도이고, 액시얼 빔의 높이가 액시얼 빔의 폭보다 더 큰 경우를 도시한다;
도 6은 공진 빔이 트랜스버스 빔으로서 구성된 시스템의 실시 예의 투시도이다;
도 7은 도 6의 라인 7-7을 따라서 취해진 시스템의 상면도이고, 쉐이커에 설치된 트랜스버스 빔을 도시한다;
도 8은 도 7의 라인 8-8을 따라서 취해진 시스템의 측면도이고, 트랜스버스 빔으로 전해진 충격 펄스를 도시한다;
도 9는 도 7의 라인 9-9를 따라서 취해진 시스템의 측면도이고, 트랜스버스 빔의 폭이 트랜스버스 빔의 높이보다 더 큰 경우를 도시한다;
도 10은 공진 빔이 액시얼 빔 및 측면 부재를 포함하는 L-빔으로서 구성된 시스템의 실시 예의 투시도이다;
도 11은 도 10의 라인 11-11을 따라서 취해진 시스템의 상면도이고, 정사각형 튜브로서 도시된 측면 부재와 쉐이커에 설치된 L-빔을 도시한다;
도 12는 도 11의 라인 12-12를 따라서 취해진 시스템의 측면도이고, 빔 지지체 상에서 슬라이딩가능하게(slidably) 지지된 L-빔을 도시한다;
도 13은 도 11의 라인 13-13을 따라서 취해진 시스템의 측면도이고, 액시얼 빔으로 전해진 충격 펄스와 빔 지지체 상에서 슬라이딩가능하게 지지된 L-빔을 도시한다;
도 14는 도 2-5에서 도시된 것과 유사한 배열에 대하여 제1 충격 펄스에 응답하는 액시얼 빔의 가속도 시간 이력의 도표이다;
도 15는 도 14의 가속도 시간 이력을 기초로 하는 시뮬레이션된 SRS이다;
도 16은 도 14-15의 도표에 도시된 제1 충격 펄스와 유사한 제2 충격 펄스를 받는 액시얼 빔의 가속도 시간 이력의 도표이다;
도 17은 도 16의 가속도 시간 이력을 기초로 하고 제2 충격 펄스와 관련이 있는 시뮬레이션된 SRS이며, 도 15에서 도시된 제1 충격 펄스와 관련이 있는 시뮬레이션된 SRS와 밀접한 유사성(close correspondence)을 도시한다;
도 18은 도 2-5의 액시얼 빔의 바닥 부분에서 측정된 가속도 시간 이력의 도표이고, 바닥 부분에서 약 1250 g's의 측정 피크 가속도를 갖는다;
도 19는 도 18의 가속도 시간 이력을 기초로 하는 시뮬레이션된 SRS이고, 바닥 부분에서 약 2951 g's의 절대 피크 가속도를 도시한다;
도 20은 도 2-5의 액시얼 빔의 자유단에서 측정된 가속도 시간 이력의 도표이고, 자유단에서 약 2784 g's의 측정 피크 가속도를 갖는다;
도 21은 도 20의 가속도 시간 이력을 기초로 하는 시뮬레이션된 SRS이고, 자유단에서 약 6139 g's의 절대 피크 가속도를 도시한다;
도 22는 도 10-13에서 도시된 것과 유사한 L-빔 실시 예의 가속도 시간 이력의 도표이고, 약 13,332 g's의 측정 피크 가속도를 갖는다;
도 23은 도 22의 가속도 시간 이력을 기초로 하는 시뮬레이션된 SRS이고, 약 30,880 g's의 L-빔의 절대 피크 가속도를 도시한다;
도 24는 도 10-13에 도시된 것과 유사한 L-빔 실시 예의 가속도 시간 이력의 도표이고, 약 11,146 g's의 측정 피크 가속도를 갖는다;
도 25는 도 24의 가속도 시간 이력을 기초로 하는 시뮬레이션된 SRS이고, 약 50,641 g's의 L-빔의 절대 피크 가속도를 도시한다;
도 26은 시험 물건에서 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 시스템에서 구현될 수 있는 하나 이상의 동작들을 포함하는 방법론의 실시 예를 도시하는 흐름도이다.
본 발명의 상술한 및 다른 특징들은 도면을 참조하여 더욱 명백하게 될 것이며, 전체 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 부분을 가리킨다.
그 도시 내용들에서 본 발명의 다양한 바람직한 실시 예들을 도시하는 것을 목적으로 하는 도면들을 이제 참조하면, 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 시스템(10)의 실시 예의 도면이 도 1에서 도시된다. 시스템(10)은 전기역학적 쉐이커(electrodynamic shaker, 40), 및 쉐이커(40)에 의해 생성된 충격 펄스(shock pulse, 54)를 증폭하기 위해 쉐이커(40)에 설치된 공진 빔(resonance beam, 102)을 포함하는 테스트 픽스쳐(test fixture, 10)를 포함할 수 있다. 충격 펄스는 전력 증폭기(electrical power amplifier, 28)에 의해 쉐이커(40)에 제공되는 증폭된 천이 신호 파형(transient signal waveform)에 응답하여 발생될 수 있다. 유익하게는, 공진 빔(102)에 의해 제공되는 기계적 이점으로 인하여, 정밀하게 제어된 고강도 충격이 공진 빔(102)에 설치된 시험 물건(test article, 150)에 인가될 수 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 시스템(10)은 쉐이커(40)에 의해 발생되는 충격 펄스(54)에서 원하는 펄스 프로파일(pulse profile)을 달성하기 위하여 원하는 크기(magnitude) 및 지속시간(duration)의 천이 신호 파형을 발생시키도록 구성된 펄스 신호 발생기(pulse signal generator, 12)를 포함할 수 있다. 천이 신호는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위해서 바람직할 수 있는 대략 수 마이크로세컨드 내지 수 밀리세컨드의 지속시간을 가질 수 있다. 실시 예에 있어서, 천이 신호가 20 밀리세컨드보다 적은 지속시간을 가질 수 있지만, 천이 신호는 임의의 지속시간으로 제공될 수 있다. 천이 신호는 사인파(sine wave), 톱니파(saw tooth wave), 구형파(square wave), 삼각파(triangle wave), 및 다른 파형들 또는 파형들의 조합을 포함하되 이에 한정되지 않는 다양한 상이한 파형들로 제공될 수 있다.
신호 발생기(12)에 의해 발생된 천이 신호 파형을 형상화하거나 조작하기 위해서, 신호 조절 장치(signal conditioning device, 14)가 시스템(10)에 포함될 수 있다. 신호 조절 장치(14)는, 1/3 옥타브 주파수 간격들 또는 다른 주파수 간격들로 신호의 크기를 조절하기 위해 슬라이더들(예컨대, 가변 저항기들)을 갖는 1/3 옥타브(octave) 필터로서 구성될 수 있는 아날로그 필터(analog filter, 16)를 포함할 수 있다. 신호 조절 장치(14)는 또한 아날로그 필터(16)로부터 천이 신호 파형을 수신할 수 있는 디지털 필터(digital filter, 18)를 포함할 수 있다. 디지털 필터(18)는 1/3 옥타브 디지털 필터(18)로서 구성될 수 있지만, 디지털 필터(18)는 1/3 옥타브 증가가 아닌 다른 주파수 증가로 천이 신호를 조절하는 것을 가능하게 할 수도 있다.
디지털 필터(18)는 디지털 필터(18)에 연결될 수 있는 호스트 컴퓨터(host computer, 20)의 디스플레이 상에 디스플레이될 수 있는 디지털 슬라이더(digital slider)들(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 디지털 필터(18)는 상이한 주파수들에서 천이 신호의 스펙트럼의 형상화 또는 천이 신호의 출력 레벨의 조작을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 디지털 필터(18)는 충격 펄스(54)의 프로파일(profile)을 제어하기 위한 수단으로서 하나 이상의 주파수들에서 1/4 dB 증가로 천이 신호 출력 레벨들을 조절하는 것을 가능하게 할 수 있다. 호스트 컴퓨터(20)는 재호출(recall)을 위해 주어진 천이 신호 스펙트럼의 설정들을 저장하고 추후에 사용하기 위한 수단을 제공할 수 있다. 신호 조절 장치(14)는 신호 증폭기로서 기능할 수 있으며, 1/2 dB 증가 또는 다른 적절한 증가와 같이 천이 신호의 이득(gain)을 조절하기 위한 수단을 제공할 수 있다.
이와 관련하여, 신호 조절 장치(14)는 쉐이커(40)에 의해 발생되는 충격 펄스(54)의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 증가시키기 위한 수단을 제공할 수 있다. 게다가, 아날로그 필터(16) 및 디지털 필터(18)의 조절기능(adjustability)은 공진 빔(102)의 충격 응답 스펙트럼(SRS)을 제어하기 위한 수단을 제공하고, 그래서, 테스트 장비의 오버-테스팅을 최소화하고 방지하기 위하여 공진 빔(102)의 SRS가 상대적으로 좁은 허용오차 밴드 내에서 유지될 수 있다. 이러한 방식으로, 신호 조절 장치(14)는 충격 시험(shock testing)의 정확도(precision), 제어, 및 반복성을 향상시킨다.
도 1을 계속 참조하면, 시스템(10)은 제어 유닛(control unit, 22)을 추가로 포함할 수 있고, 제어 유닛(20)은 전력 증폭기(28)에 연결될 수 있고 디지털 필터(18)로부터 천이 신호 파형을 수신할 수 있다. 제어 유닛(22)은 천이 신호 파형에서 상대적으로 높은 주파수들의 클리핑(clipping)을 용이하게 하도록 구성될 수 있다. 게다가, 제어 유닛(22)은 천이 신호 파형의 크기의 갑작스런 또는 빠른 램프-업(ramp-up)과 함께 일어날 수 있는 전력 증폭기(28) 또는 쉐이커(40)의 트립핑(tripping)(즉, 비활성화)을 방지하기 위하여 천이 신호 파형을 매끄럽게 하도록(smooth) 구성될 수 있다.
오실로스코프(oscilloscope) 또는 유사 장치와 같은 전압 모니터링 장치(voltage monitoring device, 30)가 또한 시스템(10)과 함께 선택적으로 포함될 수 있다. 모니터링 장치(30)는 믹서/클리퍼(mixer/clipper) 또는 마스터 이득 제어기(master gain control, 24)에 연결될 수 있고, 전력 증폭기(28)에 전송된 천이 신호에서 전압의 크기를 시각적으로 모니터(monitor)하기 위한 수단을 제공할 수 있다. 모니터링 장치(30)는 사용자로 하여금 전력 증폭기(28)로 전송되고 있는 전압 레벨들 및 천이 신호의 형상을 모니터하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 사용자는 전력 증폭기(28)로의 과도한 파워의 전송을 방지하고 오버-테스팅을 피하기 위하여 천이 신호를 적절한 것으로 조절할 수 있다.
또한, 시스템(10)에는 전력 증폭기(28)가 포함되는데, 전력 증폭기(28)는 쉐이커(40)의 계자 코일(field coil, 48)에 직류 전류를 제공하기 위하여 직류 전류 발생기(direct current generator, 26)를 포함할 수 있다. 직류 전류는 쉐이커(40)의 움직이는 구동 코일(movable driver coil) 또는 아마츄어(armature, 50)를 둘러싸는 정적 자기장을 생성할 수 있다. 실시 예에 있어서, 직류 전류 발생기(26)는 약 300 암페어(ampere) 이상까지의 직류 전류를 발생시키도록 구성될 수 있다. 게다가, 전력 증폭기(28)는 천이 신호 파형을 증폭할 수 있고, 교류 전류를 아마츄어(50)에 제공할 수 있어서, 아마츄어(50)로 하여금 교류 전류의 주파수들 및 크기들에 맞춰 쉐이커(40)의 기준축(reference axis, 56)을 따라서 축방향으로(axially) 움직이도록 한다. 실시 예에 있어서, 전력 증폭기(28)는 약 500 암페어 이상까지의 교류 전류를 생성할 수 있다. 전력 증폭기(28)는 바람직하게는 최소 왜곡을 가지고 천이 신호를 증폭하도록 구성될 수 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 쉐이커(40)는 전력 증폭기(28)와 통신가능하게(communicatively) 연결될 수 있다. 쉐이커(40)는 콘크리트 바닥(concrete floor, 44)과 같이 상대적으로 큰 질량의 단단한 움직이지 않는 표면에 설치된 한 쌍의 지지대(stanchion, 42)들에 의해 지지될 수 있다. 쉐이커(40)는 쉐이커(40)의 양쪽에서 쉐이커(40)와 지지대(42) 사이에 뻗어 있는 한 쌍의 트러니언(trunnion, 46)들에 의해 지지대(42)들에 회전가능하게(pivotally) 설치될 수 있다. 유익하게는, 쉐이커(40)의 회전가능한(pivotable) 설치는 상술한 바와 같은 공진 빔에서 상이한 응답들을 달성하기 위하여 상이한 지향(orientation)들 및 위치들로 쉐이커(40) 및 테스트 픽스쳐(10)를 조정하는 것을 용이하게 한다. 쉐이커(40)는 아마츄어(50)를 둘러쌀 수 있는 계자 코일(48)을 포함한다. 아마츄어(50)는 전력 증폭기(28)에 의해 생성된 증폭된 신호 파형의 인가(application)에 응답하여 쉐이커(40)의 기준축(56)을 따라서 축방향으로 이동할 수 있다.
테스트 픽스쳐(10)는 쉐이커(40)에 설치된 공진 빔(102)을 포함할 수 있다. 공진 빔(102)은 아마츄어(50)에 직접 부착된 바닥 부분(106)을 가질 수 있고, 그래서, 공진 빔(102)과 아마츄어(50)는 일제히 움직일 수 있다. 유익하게는, 공진 빔(102)은 이하에 더 상세하게 설명되는 바와 같이 하나 이상의 공진 모드로 공진 빔(102)을 여기(excitation)시켜서 충격 펄스(54)를 증폭하도록 구성된다. 예를 들어, 공진 빔(102)은 종방향(longitudinal) 모드, 벤딩(bending) 또는 굴곡(flexural) 모드, 및/또는 비틀림(torsional) 모드, 또는 다른 모드들 또는 이들의 조합으로 주로(predominantly) 공진하도록 구성될 수 있다. 공진 빔(102)의 공진 또는 여기 모드는 후술하는 바와 같이 공진 빔(102) 기하구조의 구성 및 쉐이커(40)에서의 공진 빔(102)의 지향 및 배치의 함수일 수 있다.
시험 대상 물건(article under test, 150)은 충격 펄스(54)의 원하는 증폭을 생성하는 위치에서 공진 빔(102)에 설치될 수 있다. 실시 예에 있어서, 충격 펄스(54)의 증폭은 바람직하게는 적어도 하나의 위치에 대해서 공진 빔(102)이 공진 빔(102)의 바닥 부분(base portion, 106)에서 측정 피크 가속도(206)보다 더 큰 측정 피크 가속도(measured peak acceleration, 206)를 나타내도록 한다. 실시 예에 있어서, 바람직하게는 공진 빔(102) 상의 적어도 하나의 위치가 원하는 SRS(desired SRS, 208)(도 15)와 실질적으로 유사한 시뮬레이션된 SRS(simulated SRS, 218)(도 15)를 나타내도록 공진 빔(102)이 구성된다. 바람직한 실시 예에서, 공진 빔(102)은 공진 빔(102) 상의 적어도 하나의 위치가 원하는 SRS(208)의 니 주파수(knee frequency, 216)(도 15)에 상응하는 가속도와 실질적으로 동등한(substantially equivalent) 절대 피크 가속도를 갖도록 구성된다. SRS의 니 주파수(216)는 파이로테크닉 충격에 응답하는 서비스 환경(즉, 구조물)의 지배적 주파수(dominant frequency)에 상응한다.
원하는 SRS(208)(도 15)는 실제 서비스 환경에서 실제 화약(도시되지 않음)으로부터의 파이로테크닉 충격에 대한 가속도 응답을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 원하는 SRS(208)는 물건(예컨대, 구성요소 또는 서브어셈블리)의 실제 설치 위치 가까이에서 측정된 실제 화약으로부터의 파이로테크닉 충격에 대한 실제 또는 시뮬레이션된 비행 구조물(flight structure)(도시되지 않음)의 응답(response)을 나타낼 수 있다. 원하는 SRS(208)는 실제 화약으로부터의 파이로테크닉 충격을 받는 서비스 환경의 가속도 시간 이력(acceleration time history, 200)(도 14)을 기초로 할 수 있다. 더욱 구체적으로, 원하는 SRS(208)는 가속도 시간 이력(200)의 측정 피크 가속도(206)(도 14)로부터 계산될 수 있다. 원하는 SRS(208)는 전형적으로 허용오차 밴드(tolerance band, 214)(도 15)를 가지고 특정될 수 있다. 도 15에서 도시된 바와 같이, 허용오차 밴드(214)는 프로그램 요구사항들을 기초로 하여 결정될 수 있는 상한 및 하한(214a, 214b)(예컨대, +/- 3 dB, +/- 6 dB, +9/-6 dB)을 포함한다.
원하는 SRS(208)(도 15)는 각각이 상이한 공진 주파수를 갖는 복수의 단일 자유도(single-degree-of-freedom) 질량 스프링 시스템(mass spring system)들(도시되지 않음)에 대한 충격 펄스의 심각성(severity) 또는 충격 펄스의 잠재적 손상(damage potential)의 측정을 나타낸다. 원하는 SRS(208)는 최대 절대 가속도 응답의 관점에서 표현될 수 있는데, 최대 절대 가속도 응답은 맥시맥스(maximax)로서 지칭되고 최대 양의(positive) 가속도 및 최대 음의(negative) 가속도 양쪽 모두의 최대로서 정의된다. 원하는 SRS(208)의 계산은 전형적으로 5 퍼센트인 선택된 감쇠비(damping ratio)를 기초로 하지만, 원하는 SRS(208)는 다른 감쇠비를 이용해서 결정될 수도 있다. 원하는 SRS(208)는 시험 물건(150)(즉, 구성요소 또는 서브어셈블리)이 개발 시험, 적격 시험, 비행 승인(flight acceptance) 시험과 같은 하나 이상의 목적을 위하여 또는 다른 목적을 위하여 받게 될 시험 사양(test specification)으로서 충격 시험 시설에 제공될 수 있다.
도 1을 계속 참조하면, 시스템(10)은 한 위치에서 공진 빔(102)의 충격 또는 가속도 응답을 측정, 기록, 및/또는 저장하기 위해 시험 대상 물건(150)에 매우 근접(close proximity)하게 공진 빔(102) 상에서 바람직하게 설치된 가속도 센서(acceleration sensor, 60)를 포함할 수 있다. 가속도 센서(60)는 가속도계(accelerometer, 62)를 포함할 수 있지만, 가속도 센서(60)는 스트레인 게이지(strain gauge)들, 속도 게이지(velocity gauge)들, 변위 장치(displacement device)들, 레이저 속도계(laser velocimeter)들, 또는 다른 가속도 측정 장치들을 포함하되 이에 한정되지 않는 다른 실시 예로도 구성될 수 있다. 가속도계(62)는 압전기(piezoelectric) 가속도계 또는 압전저항형(piezoresistive) 가속도계일 수 있다. 가속도계(62)는 단일축(single axis) 가속도계로서 구성될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 가속도계(62)는 세 개의 서로 수직인 축들 각각에서 가속도를 측정하기 위해 3축(triaxial) 가속도계로서 구성된다. 이와 관련하여, 하나 이상의 삼축 가속도계(62)들은 충격 펄스의 원하는 증폭을 갖는 공진 빔 상에서의 위치들을 식별하는 프로세스 동안 공진 빔(102)에 설치될 수 있다. 가속도계(62)들은 또한 원하는 증폭 레벨을 갖는 공진 빔(102) 위치들을 식별한 후에 시험 물건(150)의 충격 시험 동안 공진 빔(102)에 설치될 수 있다.
시험 물건(150)은 상이한 목적들을 위해서 충격 시험을 받을 수 있다. 적격 시험을 위해서, 시험 대상 물건(150)은 전형적으로 총 18번의 충격들에 대해서 시험 물건(150)의 각각의 축(즉, x, y, z)에 대하여 방향당(즉, +/-) 세 번의 충격들을 받을 수 있다. 충격 펄스(54)의 인가 동안, 시험 물건(150)은 바람직하게는 시험 물건(150)의 활성 축(active axis)(즉, x-축, y-축, 또는 z-축)이 도 1에서 쉐이커(40)의 기준축(56)에 실질적으로 평행한 충격 펄스(54)의 방향에 실질적으로 평행하게 지향된다(oriented). 비행 승인 시험을 위해서, 시험 대상 물건(150)이 받는 충격의 양은 총 6번의 충격들에 대해서 각각의 축(즉, x, y, z)에 대하여 각각의 방향에서(즉, +/-) 한 번의 충격으로 감소될 수 있지만, 시험 물건(150)은 임의의 수의 충격을 받을 수 있다.
도 1을 계속 참조하면, 시스템(10)은 공진 빔(102)에 설치된 가속도 센서(60)들에 의해서 측정된 가속도 데이터를 획득 및 처리하기 위한 데이터 획득 시스템(data acquisition system, 58)을 포함할 수 있다. 실시 예에 있어서, 데이터 획득 시스템(58)은 신호 조절기(signal conditioner, 64)를 포함할 수 있다. 신호 조절기(64)는 가속도 센서(60)에 파워를 제공할 수 있고, 가속도 센서(60)의 출력 신호를 증폭할 수 있다. 데이터 획득 시스템(58)은 공진 빔(102)으로 전해진(imparted) 충격 펄스의 결과들을 시각적으로 디스플레이하기 위한 디스플레이(68)를 가질 수 있는 데이터 분석기(data analyzer) 또는 충격 스펙트럼 분석기(shock spectrum analyzer, 66)를 추가로 포함할 수 있다. 충격 스펙트럼 분석기(66)는 주어진 위치에서 공진 빔(102)의 시뮬레이션된 SRS(218)를 디스플레이할 수 있다. 디스플레이에서, 시뮬레이션된 SRS는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션함에 있어서 충격 펄스의 정확성의 시각적 표시를 제공하기 위하여 허용오차 밴드를 가지고 원하는 SRS 위에 겹쳐 놓일(superimposed) 수 있다.
도 2-5를 참조하면, 공진 빔(102)이 액시얼 빔(axial beam, 110)으로서 구성된 시스템(10)이 실시 예가 도시된다. 액시얼 빔(110)은 바닥 부분(106), 자유단(free end, 136), 및 바닥 부분(106)과 자유단(136) 사이에 뻗어 있는 장축(long axis, 104)을 가진다. 바닥 부분(106)은 예컨대 바닥 부분(106)을 아마츄어(50)에 기계적으로 고정함으로써(mechanically fasten) 아마츄어(50)에 설치되지만, 바닥 부분(106)은 다른 방식으로 아마츄어(50)에 용접되거나 부착될 수도 있다. 예를 들어, 액시얼 빔(110)과 아마츄어(50)는 일원화된(unitary) 구조로 형성될 수 있다. 실시 예에 있어서, 바닥 부분(106)은 액시얼 빔(110)을 아마츄어(50)에 설치하는 것을 용이하게 하기 위해서 어댑터 플레이트(adapter plate, 108)를 포함할 수 있다. 바닥 부분(106)은 디스크-형상(disc-shaped)일 수 있고, 아마츄어(50)의 원형 형상에 상보적으로(complementary) 형성될 수 있다. 하지만, 어댑터 플레이트(108)는 이와 다른 다양한 사이즈들 및 형상들 중의 임의의 하나로 제공될 수 있다. 바닥 부분(106)의 구체적인 구성에 상관없이, 액시얼 빔(110)과 아마츄어(50)가 충격 펄스(54)의 지속시간 동안 서로 계속적인 접촉(continuous contact)을 유지하고 충격 펄스(54)에 응답하여 하나의 유닛(unit)으로서 움직이도록, 액시얼 빔(110)이 아마츄어(50)에 바람직하게 설치될 수 있다.
액시얼 빔(110)의 장축(104)은 기준축(56)에 실질적으로 평행하게 지향될 수 있다. 기준축(56)은 아마츄어(50)가 따라서 움직이는 축이고 충격 펄스(54)가 액시얼 빔(110)으로 전해지는 주된(predominant) 방향이다. 실시 예에 있어서, 액시얼 빔(110)의 지향 및 구성은 충격 펄스(54)가 여기의 주된 종방향 모드로 액시얼 빔(110)을 여기하도록 이루어질 수 있지만, 액시얼 빔(110)은 굴곡 모드 또는 모드들의 조합을 포함하는 다른 모드들로 여기될 수도 있다. 여기될 때, 액시얼 빔(110)은 충격 펄스(54)의 증폭이 일어날 수 있는 액시얼 빔(110)의 위치들에서 안티-노드(anti-node)들(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 이러한 안티-노드 위치들은 충격 펄스 에너지를 증가시키거나 증폭시킬 수 있다. 반대로, 액시얼 빔(110)은 감소된 증폭 또는 비증폭(non-magnification)의 위치들에서 노드(node)들(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 이러한 노드 위치들은 충격 펄스 에너지를 흡수할 수 있다.
시험 물건(150)은 액시얼 빔(110)의 임의의 위치에 설치될 수 있으며, 바람직하게는 충격 펄스(54)의 원하는 레벨의 증폭을 제공하는 위치에 설치될 수 있다. 예를 들어, 도 2는 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이 2 이상의 인자(factor)에 의해서 충격 펄스(54)를 증폭할 수 있는 액시얼 빔(110)의 자유단(112)에서 홀딩 픽스쳐(holding fixture, 154)에 설치된 시험 물건(150)을 도시한다. 액시얼 빔(110)은 시험 물건(150)에 근접한 위치에서 액시얼 빔(110)에 설치된 적어도 하나의 가속도계(62)를 포함할 수 있다. 시험 물건(150)에서의 액시얼 빔(110)의 가속도 응답과의 비교를 위해 바닥 부분(106)에서의 가속도 응답을 측정하기 위하여, 다른 가속도계(62)가 바닥 부분(106)에 근접하게 액시얼 빔(110)에 설치될 수 있다.
도 3은 쉐이커(40) 아마츄어(50)에 설치된 액시얼 빔(110)의 상면도이다. 액시얼 빔(110)이 쉐이커(40) 상에서 일반적으로 중심에 있는 것으로 도시되지만, 액시얼 빔(110)은 쉐이커(40) 중심에서 벗어나(offset) 있을 수도 있다. 액시얼 빔(110)은 바람직하게는 액시얼 빔(110)의 폭 wA(도 4)의 약 이분의 일 이하인 두께 tA를 가지지만, 액시얼 빔(110)은 액시얼 빔(110)의 폭 wA 이하인 두께 tA를 가질 수도 있다. 액시얼 빔(110)은 도시된 직사각형 단면과 같이 직교하게(orthogonally) 형상화된 단면을 가질 수 있다. 하지만, 액시얼 빔(110)은 정사각형 단면(도시되지 않음)을 가질 수도 있다. 게다가, 액시얼 빔(110)은 임의의 형상 또는 구성의 직교하지 않는(non-orthogonal) 단면을 가질 수 있다. 예를 들어, 액시얼 빔(110)은 액시얼 빔(110)의 원통형 형상을 낳는 원형 단면(도시되지 않음)과 같이 적어도 부분적으로 굽은(curved) 단면을 가질 수 있다. 이와 관련하여, 액시얼 빔(110)은 상이한 위치들에서 상이한 증폭 레벨들을 생성할 수 있는 다양한 단면 형상들 중의 임의의 하나로 제공될 수 있다.
도 4는 쉐이커(40) 아마츄어(50)에 설치된 액시얼 빔(110)의 측면도이다. 액시얼 빔(110)은 장축(104)에 평행하게 측정된 높이 hA 및 장축(104)에 수직으로 측정된 폭 wA 을 가질 수 있다. 실시 예에 있어서, 액시얼 빔(110)의 높이 hA는 액시얼 빔(110)의 폭 wA보다 더 크다. 예를 들어, 액시얼 빔(110)의 높이 hA는 폭 wA의 적어도 두 배일 수 있다. 추가적인 실시 예에 있어서, 높이 hA는 폭 wA보다 약 2 내지 5배 더 클 수 있지만, 높이 hA가 폭 wA의 5배보다 더 클 수 있다.
도 5는 쉐이커(40) 아마츄어(50)에 설치된 액시얼 빔(110)의 추가적 측면도이고, 액시얼 빔(110)의 자유단에 설치된 홀딩 픽스쳐(154)에 설치된 시험 물건(150)을 도시한다. 기준축(56)이 액시얼 빔(110)을 통해서 지나가도록 쉐이커(40)의 기준축(56)과 일직선이 되는(aligned) 공진 빔(102)의 장축(104)이 도시된다. 이러한 배열에 있어서, 충격 펄스(54)는 편향되게(eccentrically) 액시얼 빔(110)에 하중을 가하지(loading) 않으면서 액시얼 빔(110)에 전해질 수 있다. 하지만, 액시얼 빔(110)은 기준축(56)으로부터 벗어나 있을 수 있는데(도시되지 않음), 이것은 액시얼 빔(110)의 여기를 변경시킬 수 있고, 액시얼 빔(110)에서 상이한 레벨들의 증폭을 초래할 수 있다.
도 6-9를 참조하면, 공진 빔(102)이, 기준축(56)에 실질적으로 수직으로 지향된 장축(104)을 갖는 트랜스버스 빔(transverse beam, 120)으로서 구성된 시스템(10)의 실시 예가 도시된다. 트랜스버스 빔(120)은 바닥 부분(106)을 가질 수 있는데, 바닥 부분(106)은 트랜스버스 빔(120)이 아마츄어(50)와 인터페이스(interface)하거나 아마츄어(50)에 설치된 부분을 포함할 수 있다. 실시 예에 있어서, 트랜스버스 빔(120)의 바닥 부분(106)은 상술한 액시얼 빔(110)을 가지고 포함될 수 있는 어댑터 플레이트(108)와 유사한 어댑터 플레이트(108)를 포함할 수 있다.
트랜스버스 빔(120)은 서로 반대방향인(opposing) 빔 말단(beam end, 122)들을 가진다. 장축(104)은 빔 말단(122)들 사이에서 뻗어 있다. 빔 말단(122)들 중의 하나에 설치된 시험 물건(150)이 도시된다. 하지만, 시험 물건(150)은 빔 말단(122)들 사이의 임의의 위치 및 트랜스버스 빔(120)의 임의의 표면상에 설치될 수 있다. 적어도 하나의 가속도계(62)는 그 위치에서 트랜스버스 빔(120)의 가속도 응답을 측정하기 위하여 트랜스버스 빔(120)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 가속도계(62)는 시험 물건(150)에 근접한 위치에서 트랜스버스 빔(120)에 설치될 수 있다. 트랜스버스 빔(120) 상의 다른 위치에서의 가속도 응답과의 비교를 위해 바닥 부분(106)에서의 가속도 응답을 측정하기 위하여, 다른 가속도계(62)가 바닥 부분(106)의 위치에서 트랜스버스 빔(120)에 설치될 수 있다.
도 7은 쉐이커(40) 상에서 일반적으로 중심에 있는 트랜스버스 빔(120)을 도시하는 시스템의 상면도이다. 트랜스버스 빔(120)은 트랜스버스 빔(120)의 높이 hT보다 더 작을 수 있는 두께 tT를 가질 수 있다. 실시 예에 있어서, 두께 tT는 트랜스버스 빔(120)의 높이 hT(도 8)의 약 이분의 일이 이하일 수 있지만, 트랜스버스 빔(120)은 임의의 두께 tT로 제공될 수 있다.
도 8은 쉐이커(40)에 설치된 트랜스버스 빔(120)의 측면도이다. 트랜스버스 빔(120)은 장축(104)에 수직으로 측정된 높이 hT 및 장축(104)에 평행하게 측정된 폭 wT을 가질 수 있다. 실시 예에 있어서, 폭 wT은 높이 hT보다 더 클 수 있다. 예를 들어, 트랜스버스 빔(120)의 폭 wT은 트랜스버스 빔(120)의 높이 hT의 적어도 두 배일 수 있다. 추가적인 실시 예에 있어서, 트랜스버스 빔(120)의 폭 wT은 트랜스버스 빔(120)의 높이 hT 보다 2 내지 10 배 더 클 수 있지만, 더 긴 폭 wT도 고려된다.
트랜스버스 빔(120)의 폭 wT은 빔 말단(122)들 중의 적어도 하나가 아마츄어(50)의 둘레(perimeter, 52)를 넘어서 뻗어 있도록 될 수 있다. 빔 말단(122)과 아마츄어(50) 둘레(52) 간의 차이는 트랜스버스 빔(120)의 오버행(overhang, 124)을 정의할 수 있고, 빔 말단(122)은 아마츄어(50)로부터 바깥쪽으로 캔틸레버된다(cantilevered). 이러한 배열에 있어서, 트랜스버스 빔(120)은 적어도 오버행(124) 영역에서 공진의 굴곡 모드로 여기될 수 있다. 이와 관련하여, 빔 말단(122)은 여기의 안티-노드(도시되지 않음)를 포함할 수 있고, 트랜스버스 빔(120)의 다른 위치들에서의 증폭에 비하여 빔 말단(122)에서의 충격 펄스(54)의 증가된 증폭을 보일 수 있다.
도 9는 트랜스버스 빔(120)의 대체로 직사각형인 단면의 형상을 도시하는 트랜스버스 빔(120)의 추가적 측면도이다. 하지만, 트랜스버스 빔(120)은 정사각형 단면의 형상 또는 다른 단면의 형상들을 포함하는 대안적인 단면 형상으로 제공될 수 있다. 도 9는 기준축(56)이 트랜스버스 빔(120)을 통해서 지나가도록 설치된 트랜스버스 빔(120)을 추가로 도시한다. 하지만, 트랜스버스 빔(120)은 기준축(56)으로부터 벗어나 있을 수 있고, 이것은 트랜스버스 빔(120)의 하나 이상의 위치들에서 여기 및 증폭 레벨을 변경시킬 수 있다. 트랜스버스 빔(120)의 옆 표면(side surface)에 설치된 시험 물건(150) 및 가속도계(62)가 도시된다. 하지만, 시험 물건(150) 및 가속도계(62)는 시험 물건(150)이 상이한 축들을 따라서 충격 시험을 받을(shock tested) 수 있도록 트랜스버스 빔(120)의 다른 표면들에 설치될 수 있다. 예를 들어, 빔 말단(122)에서 옆 표면에 설치된 시험 물건(150)을 충격 시험한 후에, 시험 물건(150)은 빔 말단(122)에서 트랜스버스 빔(120)의 윗 표면(top surface)에 설치될 수 있고, 다른 충격 펄스(54)가 트랜스버스 빔(120)에 적용될 수 있다.
도 10-13을 참조하면, 공진 빔(102)이, 액시얼 빔(110) 및 액시얼 빔(110)에 설치된 측면 부재(lateral element, 132)를 갖는 L-빔(L-beam, 130)으로서 구성된 시스템(10)의 실시 예가 도시된다. 액시얼 빔(110)은 도 2-5에서 도시된 액시얼 빔(110)과 유사한 방식으로 구성될 수 있다. 액시얼 빔(110)은 장축(104)이 쉐이커(40)의 기준축(56)에 실질적으로 평행하게 지향되도록 설치될 수 있다. 도시된 실시 예에서, 쉐이커(40)는 기준축(56)이 도 2-5에서 도시된 바와 같이 수직으로 지향되는 대신에 기준축(56)이 대략 수평으로 지향되도록 회전될(pivoted) 수 있다. 수평적인 지향에서, 액시얼 빔(110)의 적어도 일부는 바람직하게는 높은 질량 및 강성의(rigid) 움직이지 않는(non-movable) 물체를 포함할 수 있는 빔 지지체(beam support, 138) 상에서 지지될 수 있다. 예를 들어, 빔 지지체(138)는 화강암 테이블로서 구성될 수 있다. 충격 펄스(54)의 인가 동안 액시얼 빔(110)의 슬라이딩가능한 움직임(slidable movement)을 용이하게 하기 위해서, 저마찰 유체(low-friction fluid)의 레이어(layer, 140)가 액시얼 빔(110)과 빔 지지체(138) 사이에 선택적으로 포함될 수 있다. 예를 들어, 저마찰 유체는 유압(hydraulic) 유체를 포함할 수 있지만, 임의의 저마찰 유체가 이용될 수 있다.
측면 부재(132)는 액시얼 빔(110)으로부터 바깥쪽을 향해 뻗어 있고, 고정 말단(fixed end, 134) 및 자유단(136)을 가질 수 있다. 고정 말단(134)은 액시얼 빔(110)에 설치될 수 있다. 시험 물건(150)은 자유단(136)에 설치되거나, 자유단(136)과 고정 말단(134) 사이의 임의의 다른 위치에 설치될 수 있다. 측면 부재(132)는 액시얼 빔(110)으로부터 바깥쪽으로 뻗어 있을 수 있고, 액시얼 빔(110)에 대하여 실질적으로 수직으로 지향될 수 있다. 하지만, 측면 부재(132)는 액시얼 빔(110)에 대해 수직이 아니게(non-perpendicularly) 지향될 수도 있다. 시험 물건(150)은 측면 부재(132)의 옆 표면들 중의 임의의 하나에서 측면 부재(132)에 설치될 수 있다. 마찬가지로, 증폭 레벨을 결정하기 위해서 바닥 부분(106)에서 측정된 가속도와의 비교를 위해 충격 펄스(54)의 인가 동안 가속도를 측정하기 위하여, 가속도계(62)가 시험 물건(150)에 인접하게 측면 부재(132)에 설치될 수 있다.
도 11은 쉐이커(40)에 설치된 L-빔(130)의 상면도이다. 측면 부재(132)는 액시얼 빔(110)의 자유단(136) 부근에 또는 액시얼 빔(110) 상의 다른 위치들에 설치될 수 있다. 게다가, 측면 부재(132)는 기준축(56)에 대해 대체로 중심에 있는 것으로 도시되지만, 측면 부재(132)는 기준축(56)으로부터 벗어나 있을 수 있으며, 이것은 측면 부재(132)의 증폭을 변경시킬 수 있다. 정사각형 튜브 측면 부재(132)의 측면들 중의 하나에 설치된 시험 물건(150)이 도시된다. 하지만, 상술한 바와 같이, 시험 물건(150)은 시험 물건(150)에서 상이한 증폭 및 응답을 제공하기 위하여 측면들 중의 다른 곳에 설치될 수 있다.
정사각형 튜브(square tube)로서 구성된 측면 부재(132)가 도시된다. 유익하게는, 정사각형 튜브 형상은 세 개의 상호 수직인 축들 각각에서 시험 물건을 시험하기 위해 요구될 수 있는 상이한 상호 직교하는 지향들로 시험 물건(150)을 설치하는 것을 용이하게 할 수 있다. 실시 예에 있어서, 정사각형 튜브는 약 4 x 4 인치(inch)의 벽 두께 twall 및 폭 wT을 가질 수 있지만, 측면 부재(132)는 임의의 벽 두께 twall 및 폭 wT으로 제공될 수 있다. 게다가, 측면 부재(132)는 원하는 증폭 레벨을 획득하기 위해서 이와 다른 단면 형상, 사이즈, 및 구성으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 측면 부재(132)는 대체로 속이 빈(hollow) 직사각형 튜브, 속이 빈 원통형 튜브, 또는 임의의 다른 속이 빈 또는 고체 단면 형태들로서 구성될 수 있다. 측면 부재(132)는 측면 부재(132) 상의 적어도 하나의 위치가 바닥 부분(106)에서의 측정 피크 가속도(206)보다 더 큰 측정 피크 가속도(206)를 갖도록 구성되고 사이즈가 이루어질 수 있다. 충격 펄스(54) 동안 가속도를 측정하기 위하여, 시험 물건(150)에 근접한 위치에서 측면 부재(132)에 또는 바닥 부분에 가속도계(62)가 설치될 수 있다.
도 12는 기준축(56)이 실질적으로 수평이 되도록 지향된 쉐이커(40)의 측면도이다. L-빔(130)의 질량은 액시얼 빔(110)과 빔 지지체(138) 사이의 인터페이스(interface)에서 저마찰 유체의 선택적 레이어(140)를 갖는 빔 지지체(138)(예컨대, 화강암 테이블)에 의해서 지지된다. 측면 부재(132)는, 충격 펄스(54) 동안 측면 부재(132)의 자유단(136)에서 원하는 양의 변위를 제공하도록 선택될 수 있는 높이 hL를 가진다. L-빔(130)으로 전해진 충격 펄스(54)는 액시얼 빔(110)이 빔 지지체(138)에 대해 움직이게 할 수 있다. L-빔(130)은, 액시얼 빔(110)에서의 여기의 종방향 모드 및 측면 부재(132)에서의 여기의 굴곡 모드를 포함하고 측면 부재(132)에서 충격 출력의 증가된 증폭을 낳는 하나 이상의 공진 모드들로 여기될 수 있다.
도 13은 쉐이커(40)의 기준축(56)(도 12)에 대해 대체로 중심에 위치한 측면 부재(132)를 도시하는 시스템(10)의 정면도이다. 하지만, 상술한 바와 같이, 측면 부재(132)는 쉐이커(40)의 기준축(56)으로부터 벗어나(offset) 있을 수 있다. 측면 부재(132)를 치우치게 하는 것(offsetting)은 측면 부재(132)에서 충격 펄스의 증폭을 변경시킬 수 있다.
상술한 도 1-13에 도시된 실시 예들에서, 공진 빔(102)은 바람직하게는 공진 빔(102) 상의 적어도 하나의 위치가 바닥 부분(106)에서의 측정 피크 가속도(206)보다 더 큰 측정 피크 가속도(206)를 갖도록 구성된다. 예를 들어, 공진 빔(102)은 바람직하게는 공진 빔(102)의 자유단(136)에 근접한 적어도 하나의 위치가 바닥 부분(106)에서의 측정 피크 가속도(206)의 적어도 두 배인 측정 피크 가속도(206)를 갖도록 구성된다. 공진 빔(102)에서의 피크 가속도의 측정은 하나 이상의 가속도 센서(60)들 또는 가속도계(62)들에 의해서 제공될 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 가속도계(62)는 공진 빔(102)의 바닥 부분(106)에 설치될 수 있다. 다른 가속도계(62)가 시험 대상 물건(150)에 근접하게 설치될 수 있다. 공진 빔(102)에 의해 제공되는 증폭 레벨을 결정하기 위해, 자유단(136)에서의 가속도는 바닥 부분(106)에서의 측정 가속도와 비교될 수 있다.
증대된 가속도의 위치들의 식별은 시험 대상 물건(150)의 질량 모델(mass model, 152)을 가지고 수행될 수 있다. 질량 모델(152)은 가속도 응답이 측정될 상이한 위치들에서 설치될 수 있다. 질량 모델(152)은 시험 대상 물건(150)의 전체 질량 및 그 질량 분포를 시뮬레이션할 수 있다. 질량 모델(152)은 정교한 및/또는 비싼 실제 시험 물건(150)들에 손상을 줄 위험 없이 공진 빔(102) 상의 상이한 위치들에서 가속도 레벨들을 더욱 정확하게 식별하기 위한 수단을 제공할 수 있다. 손상의 이러한 위험은 과도하게 높은 크기의 충격 펄스(54)가 공진 빔(102)에 적용될 수 있는 오버-테스트 상태에서 일어날 수 있다. 원하는 증폭 레벨을 갖는 공진 빔(102) 상에서의 하나 이상의 위치들을 식별한 후에, 질량 모델(152)은 공진 빔(102)으로부터 제거될 수 있고, 테스트될 실제 구성요소(즉, 시험 대상 물건)로 교체될 수 있다. 시험 대상 물건(150)은 하나 이상의 충격 펄스(54)들을 받을 수 있고, 오동작(malfunction) 또는 손상(damage)의 표시(indication)에 대해 평가될 수 있다.
도 1-13에 도시된 실시 예들 중의 임의의 하나에 대해서, 공진 빔(102)(도 1)은 적어도 하나의 위치가 원하는 SRS(208)(도 15)와 실질적으로 동등한 시뮬레이션된 SRS(218)(도 15)를 나타내도록 구성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 시뮬레이션된 SRS(218)는 공진 빔(102) 상의 주어진 위치에서 측정 가속도를 기초로 하여 계산될 수 있다. 실시 예에 있어서, 공진 빔(102)은 원하는 SRS(208)의 특정 허용오차 밴드(214)(도 15) 내에 시뮬레이션된 SRS(218)가 존재하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 공진 빔(102)은 시뮬레이션된 SRS(218)의 절대 피크 가속도(absolute peak acceleration, 224)(도 15)가 원하는 SRS(208)의 니 주파수(216)(도 15)에서 가속도의 약 +/- 6 dB의 허용오차 밴드(214) 내에 있도록 구성될 수 있다. 니 주파수(216)는 SRS 곡선의 기울기가 일정한 가속도값 또는 약간 감소하는 가속도값으로 변하는 SRS 도표상의 위치로서 정의될 수 있다. SRS가 나타내는 구조물 또는 서비스 환경의 관점에서, 니 주파수(216)는 측정된 위치에서 파이로테크닉 충격 환경의 지배적 주파수로서 정의될 수 있다. 원하는 SRS(208)는 원하는 SRS(208)의 주파수에 따라 변하는 허용오차 밴드(214)를 가지고 제공될 수 있다. 예를 들어, 원하는 SRS(208)는 약 3 kHz보다 작은 주파수들에 대해서 +/- 3 dB 및 3 kHz보다 큰 주파수들에 대해서 +9/-6 dB의 허용오차 밴드(214)를 가지고 제공될 수 있다. 다른 허용오차 밴드 변형들이 고려된다.
실시 예에 있어서, 공진 빔(102)(도 1)은 공진 빔(102) 상의 적어도 하나의 위치가 약 5000 g's 보다 더 큰 절대 피크 가속도(224)(도 15)를 갖는 시뮬레이션된 SRS(218)(도 15)를 나타내도록 구성될 수 있다. 추가적인 실시 예에 있어서, 시뮬레이션된 SRS(218)는 약 20,000 g's이상의 절대 피크 가속도(224)를 가질 수 있다. 게다가, 공진 빔(102)은 시뮬레이션된 SRS(218)가 약 100 kHz이상까지의 가속도 데이터를 포함하도록 구성될 수 있다. 유익하게는, 쉐이커(40)(도 1)와 공진 빔(102)(도 1)의 조합은 파이로테크닉 이벤트의 높은-주파수 및 높은-크기의 천이 충격을 정확하게 시뮬레이션하는 가속도 응답을 제공할 수 있다.
이와 관련하여, 공진 빔(102)(도 1)과 쉐이커(40)(도 1)의 조합은 원거리(far-field) 환경, 중거리(mid-field) 환경, 및 근거리(near-field) 환경을 포함하는 파이로테크닉 충격의 세 개의 환경적인 카테고리 중의 적어도 하나를 시뮬레이션하도록 구성될 수 있다. 원거리 환경을 시뮬레이션하기 위하여, 공진 빔(102)은 바람직하게는, 공진 빔(102) 상의 적어도 하나의 위치에 대하여 공진 빔(102)이 약 1000 g's까지의 절대 피크 가속도(224)(도 15)를 갖는 시뮬레이션된 SRS(218)(도 15)를 나타내도록, 사이즈가 이루어지고 충격 펄스(54)(도 1)를 증폭하게 구성될 수 있다. 원거리 환경의 시뮬레이션된 SRS(218)에 대해서, 스펙트럼은 10 kHz까지의 가속도 데이터를 포함할 수 있다. 원거리 환경을 시뮬레이션하기 위해 적합할 수 있는 공진 빔(102)의 실시 예에서, 액시얼 빔(110)(도 2-5)은 트랜스버스 빔(120)(도 6-9) 또는 L-빔(130)(도 10-13) 실시 예들에 의해 생성된 응답에 비하여 더 낮은 강도(즉, 크기)의 응답을 생성하기 위해 적절할 수 있다. 유익하게는, 트랜스버스 빔(120) 또는 L-빔(130) 실시 예들의 단단함에 비하여 액시얼 빔(110)의 본질적으로 더 높은 단단함(stiffness) 또는 강성(rigidity)으로 인하여, 액시얼 빔(110) 실시 예의 시뮬레이션된 SRS(218)는 충격 펄스(54)에 더욱 제어된 응답을 제공할 수 있다. 이와 관련하여, 액시얼 빔(110)의 시뮬레이션된 SRS(218)는 시뮬레이션된 SRS(218)에서 최소한의 피크(peak)들 및 밸리(valley)들을 가지고 원하는 SRS(208)의 직선 근사치(straight-line approximation)를 바짝(closely) 따를 수 있는 더운 매끄러운 곡선을 가질 수 있다.
중거리 환경을 시뮬레이션하기 위하여, 공진 빔(102)(도 1)은, 공진 빔(102) 상의 적어도 하나의 위치에 대하여 공진 빔(102)이 약 1000 g's과 5000 g's 사이의 절대 피크 가속도(224)(도 15)를 갖는 시뮬레이션된 SRS(218)(도 15)를 나타내도록, 사이즈가 이루어지고 충격 펄스(54)(도 1)를 증폭하게 구성될 수 있다. 중거리 환경의 시뮬레이션된 SRS(218)에 대하여, 스펙트럼은 또한 약 10 kHz보다 큰 가속도 데이터를 포함할 수 있다. 파이로테크닉 충격의 중거리 환경을 시뮬레이션하기 위한 실시 예에서, 공진 빔(102)의 트랜스버스 빔(120)(도 6-9) 실시 예가 적절할 수 있다.
근거리 환경을 시뮬레이션하기 위해, 공진 빔(102)(도 1)은, 공진 빔(102) 상의 적어도 하나의 위치에 대하여 공진 빔(102)이 약 5000 g's보다 큰 절대 피크 가속도(224)(도 15)를 나타내도록, 사이즈가 이루어지고 충격 펄스(54)(도 1)를 증폭하게 구성될 수 있다. 게다가, 근거리 환경의 시뮬레이션된 SRS(218)는 약 100 kHz를 넘는 스펙트럼 내용(spectral content)을 포함할 수 있다. 근거리 환경을 시뮬레이션하기 위한 실시 예에서, 공진 빔(102)의 L-빔(130)(도 10-13) 실시 예는 바람직하게는 액시얼 빔(110) 또는 트랜스버스 빔(120)에 의해서 생성된 공진보다 더 큰 강도(즉, 더 높은 크기)의 응답을 생성할 수 있다. 게다가, L-빔(130)의 시뮬레이션된 SRS(218)의 스펙트럼 내용은 더 큰 변형(즉, 더 많은 피크들 및 밸리들)을 포함할 수 있다. 스펙트럼의 일부는 주어진 허용오차 밴드(214)의 밖에 떨어질 수 있다.
도 1-13에서 도시된 실시 예들 중의 임의의 것에서, 공진 빔(102)(도 1)은 원하는 증폭을 생성하는 물질로 형성될 수 있다. 공진 빔(102)의 물질은 그 속성이 공진 빔(102)의 여기에 영향을 줄 수 있는 프와송비(Poisson's ratio) 및/또는 단단함 또는 탄성계수와 같은 기계적 속성을 기초로 하여 선택될 수 있다. 실시 예에 있어서, 공진 빔(102)은 마그네슘으로 형성될 수 있는데, 알루미늄과 같은 다른 고성능 금속에 비하여 낮은 밀도 및 필적할만한 견고성(strength) 속성 때문이다. 이와 관련하여, 마그네슘으로 형성된 공진 빔(102)은 동일한 질량의 알루미늄 공진 빔(102)보다 더 큰(예컨대, 더 두꺼운) 물리적 사이즈로 제공될 수 있고, 그래서, 마그네슘 공진 빔(102)은 더 높은 단단함을 가질 수 있다. 유익하게는, 마그네슘의 더 높은 단단함은 동일한 치수의 알루미늄 공진 빔(102)과 비교할 때 높은 주파수 충격의 감쇄를 최소화할 수 있다. 공진 빔(102)은 마그네슘, 알루미늄, 강철(steel), 티타늄, 흑역 에폭시 복합재(graphite epoxy composite ) 및 임의의 다른 금속 또는 비금속 물질 또는 이들의 조합을 포함하되 이에 한정되지 않는 다양한 물질들 중의 임의의 하나로 형성될 수 있다.
도 14는 충격 펄스(54)(도 1)를 받는 액시얼 빔(110)(도 2-5)의 현재 공개되는 실시 예의 가속도 시간 이력(200)에 대한 가속도(202)(g's) 대 시간(204)(밀리세컨드)의 도표이다. 액시얼 빔(110)은 도 2-5에서 도시된 구성과 유사하게 구성되었다. 도 14에서의 가속도 시간 이력(200)은 쉐이커(40)로부터의 충격 펄스(54)의 결과로서 약 4722 g's의 측정 피크 가속도(206)를 보인다.
도 15는 도 14의 가속도 시간 이력(200)을 기초로 하는 시뮬레이션된 SRS(218)이다. 시뮬레이션된 SRS(218)는 5 퍼센트의 감쇠비(212) 및 상한과 하한(214a, 214b)을 갖는 허용오차 밴드(214)를 가지는 원하는 SRS(208)에 대해서 겹쳐 놓인다. 시뮬레이션된 SRS(218)는 도 14의 측정 피크 가속도(206)를 기초로 하여 계산되는 절대 피크 가속도(224)를 가진다. 도 15에서, 절대 피크 가속도(224)는 약 8970 g's이다. 알 수 있는 바와 같이, 시뮬레이션된 SRS(218)는 원하는 SRS(208)를 실질적으로 시뮬레이션한다. 이와 관련하여, 시뮬레이션된 SRS(218)가 원하는 SRS(208)의 허용오차 밴드(214) 내에서 유지됨으로써 증명되는 바와 같이, 시뮬레이션된 SRS(218)가 엄밀하게(tightly) 제어된다. 게다가, 도 15의 절대 피크 가속도(224)는 유익하게는 대략 원하는 SRS(208)의 니 주파수(216)에서 일어난다. 이와 관련하여, 시뮬레이션된 SRS(218)는 액시얼 빔(110)의 진동(vibration)의 첫 번째 모드가 유익하게는 원하는 SRS(208)의 니 주파수(216)에 실질적으로 유사한 주파수를 가진다는 것을 나타낸다.
도 16은 도 14의 도표에서 표현된 동일한 쉐이커(40)(도 1) 및 액시얼 빔(110) 구성을 이용해서 동일한 충격 펄스(54)(도 1)를 받는 액시얼 빔(110)(도 2-5)의 가속도 시간 이력(200)의 도표이다. 알 수 있는 바와 같이, 도 16의 가속도 시간 이력(200)은 도 14에 도시된 가속도 시간 이력(200)에 실질적으로 유사하다. 예를 들어, 도 16의 가속도 시간 이력(200)은 도 14의 약 4722 g's의 측정 피크 가속도(206)에 밀접하게(closely) 대응하는 약 4870 g's의 측정 피크 가속도(206)를 가진다. 이와 관련하여, 도 14 및 16은 본 공개의 쉐이커(40)/공진 빔(102) 배열에 의해 제공되는 충격 펄스(54) 및 가속도 응답의 제어 및 반복성을 나타낸다.
도 17은 도 16의 가속도 시간 이력(200)을 기초로 하여 시뮬레이션된 SRS(218)이다. 도 16의 시뮬레이션된 SRS(218)는 원하는 SRS(208)에 대해 겹쳐 놓이고, 시뮬레이션된 SRS(218)가 원하는 SRS(208)에 밀접하게 근사화함으로써 증명되는 바와 같이 충격 펄스(54)(도 1)의 상대적으로 엄밀한 제어(tight control)를 나타낸다. 예를 들어, 도 17의 약 9040 g's의 절대 피크 가속도(224)는 도 15의 약 8970 g's의 절대 피크 가속도(224)에 밀접하게 대응하고, 쉐이커(40)/공진 빔(102)(도 1) 조합을 이용해서 충격 펄스(54)의 정밀한 제어 및 반복성을 나타낸다.
도 18은 그 바닥 부분(106)(도 2-5)에서 측정된 액시얼 빔(110)(도 2-5)의 가속도 시간 이력(200)의 도표이다. 도 2-5에서 도시된 바와 같이, 액시얼 빔(110)의 바닥 부분(106)은 액시얼 빔(110)이 아마츄어(50)와 인터페이스하거나 아마츄어(50)에 설치되는 위치를 포함할 수 있다. 바닥 부분(106)에서의 가속도 응답은 도 2 및 4-5에서 도시된 바와 같은 가속도계(62)를 가지고 측정될 수 있다. 도 18에서, 바닥 부분(106)은 약 1250 g's의 측정 피크 가속도(206)를 가진다.
도 19는 도 18에서 도시된 바와 같이 바닥 부분(106)의 가속도 시간 이력(200)을 기초로 하는 시뮬레이션된 SRS(218)이다. 시뮬레이션된 SRS(218)는 바닥 부분(106)에서 약 2951 g's의 절대 피크 가속도(224)를 가진다.
도 20은 그 자유단(136)(도 2-5)에서 측정된 액시얼 빔(110)(도 2-5)의 가속도 시간 이력(200)의 도표이다. 액시얼 빔(110)의 자유단(136)은 바닥 부분(106)(도 2-5)의 반대편에 위치한다. 자유단(136)에서의 가속도 응답은 가속도계(62)(도 2)를 가지고 측정될 수 있다. 도 20에서, 자유단(136)은 액시얼 빔(110)의 바닥 부분(106)에서의 약 1250 g's의 측정 피크 가속도(206)보다 두 배 이상 증대된 약 2784 g's의 측정 피크 가속도(206)를 가진다.
도 21은 도 19에서 도시된 가속도 시간 이력(200)을 기초로 하여 시뮬레이션된 SRS(218)이다. 시뮬레이션된 SRS(218)는 액시얼 빔(110)(도 2-5)의 바닥 부분(106)에서의 약 2951 g's의 절대 피크 가속도(224)와 비교되는 약 6140 g's의 절대 피크 가속도(224)를 가지고, 액시얼 빔(110)의 증폭 능력(magnification capability)을 추가로 나타낸다. 시뮬레이션된 SRS(218)가 약 1000 Hz에서 상대적으로 협대역인 초과(narrow-band exceedance)를 가지고 원하는 SRS(208)의 허용오차 밴드(214) 내에서 대체로 유지됨으로써 증명되는 바와 같이, 도 21은 충격 펄스(54)(도 2-5)의 상대적으로 엄밀한 제어를 추가적으로 나타낸다. 상대적으로 좁은 밴드 내에서의 이러한 초과들은 이러한 주파수들에서의 가속도들이 시험 대상 물건에 대해 경미한 위협을 보인다고 결정될 때 일반적으로 용인될(acceptable) 수 있다. 게다가, 액시얼 빔(110) 상에서 시험 대상 물건(150)의 모니터링 위치는 시뮬레이션된 SRS(218)를 허용오차 밴드(14) 내로 가져오도록 조절될 수 있다. 게다가, 시뮬레이션된 SRS(218)의 스펙트럼의 대다수(substantial majority)를 허용오차 밴드(14) 내로 가져오기 위하여, 예컨대 하나 이상의 주파수들에서 천이 신호의 크기를 변경하도록 아날로그 필터(16)(도 1) 및/또는 디지털 필터(18)(도 1)를 조절함으로써, 천이 신호 파형이 전자적으로 조절될 수 있다.
도 22는 도 10-13에 도시된 것과 유사한 공진 빔(102)(도 1)의 L-빔(130)(도 10-13) 실시 예의 가속도 시간 이력(200)의 도표이다. 가속도 시간 이력(200)은 예컨대 가속도계(62)(도 10-13)를 가지고 L-빔(130)의 측면 부재(132)(도 10-13) 상의 위치에서 측정될 수 있다. 도 22에서, L-빔(130)은 폭발성 물질들을 이용해서 획득되는 충격의 레벨에 상응하는 약 13,330 g's의 측정 피크 가속도(206)를 가진다.
도 23은 도 22에서 도표로 표시된 L-빔(130)(도 10-13)의 가속도 시간 이력(200)을 기초로 하는 시뮬레이션된 SRS(218)이다. 시뮬레이션된 SRS(218)는 폭발물들에 의해 생성된 충격의 레벨에 필적할 수 있는(comparable) 약 30,880 g's의 절대 피크 가속도(224)를 가진다. 이와 관련하여, 도 23은 고강도 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위하여 공진 빔(102)(도 1)의 능력을 나타내도록 제시된다. 도 23은 시뮬레이션된 SRS(218)를 전체 스펙트럼에 대해 허용오차 밴드(14) 내로 가져오기 위한 L-빔(130) 또는 전자 테스트 장비의 조절 전의 L-빔(130)(도 10-13) 테스트 픽스쳐의 증폭 능력을 나타낸다는 점 또한 주목되어야 한다. 이와 관련하여, 시뮬레이션된 SRS(218)의 스펙트럼의 상당 부분 또는 전체 스펙트럼을 허용오차 밴드(14) 내로 가져오기 위하여, L-빔(130)(도 10-13) 상의 시험 대상 물건(150)의 물리적 위치가 조절되거나 천이 신호 파형이 조절될 수 있다.
도 24는 도 10-13에 도시된 L-빔(130)에 유사하게 구성된 L-빔(130)(도 10-13) 실시 예의 가속도 시간 이력(200)의 추가적인 도표이다. 가속도 시간 이력(200)은 L-빔(130)의 측면 부재(132)에서 측정된 약 11,146 g's의 측정 피크 가속도(206)를 가진다.
도 25는 도 24의 가속도 시간 이력(200)을 기초로 하는 시뮬레이션된 SRS(218)이다. 시뮬레이션된 SRS(218)는 약 50,641 g's의 절대 피크 가속도(224)를 가지고, 고강도 충격을 발생시키기 위하여 공진 빔(102)(도 1)의 능력을 추가로 나타낸다. 도 25는 또한, 시뮬레이션된 SRS(218)가 상대적으로 좁은 밴드 내에서 경미한 초과들을 가지고 원하는 SRS(208)의 허용오차 밴드(214) 내에서 대체로 유지됨으로써 증명되는 바와 같이, 일반적으로 충격 펄스(54)의 엄밀한 제어를 도시한다. 이와 관련하여, 도 25는 시뮬레이션된 SRS(218)의 경미한 초과들을 허용오차 밴드(14) 내로 가져오기 위한 L-빔(130) 테스트 셋업(setup)의 조절 전의 L-빔(130)(도 10-13) 테스트 픽스쳐의 증폭 능력을 나타낸다는 점이 주목되어야 한다.
도 26은 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위해서 시스템(10)(도 1)에서 구현될 수 있는 하나 이상의 동작들을 포함하는 방법론(300)의 실시 예를 도시하는 흐름도이다. 본 방법론은 원하는 SRS(208)를 나타내는 천이 신호 파형을 발생시키는 단계(302)를 포함할 수 있다. 천이 신호 파형은 펄스 신호 발생기(12)(도 1)에 의해서 발생될 수 있고, 쉐이커(40)(도 1)에 의해 발생된 충격 펄스(54)(도 1)에서 원하는 프로파일을 달성하기 위하여 원하는 크기(즉, 전압) 및 지속시간(즉, ms)을 가질 수 있다.
방법론(300)의 단계 304는 예컨대 전력 증폭기(28)(도 1)를 이용함으로써 신호 파형을 증폭하는 것을 포함할 수 있다. 전력 증폭기(28)는 처음에 아마츄어(50)(도 1)를 둘러싸는 자기장을 발생시키기 위해 쉐이커(40)(도 1)의 계자 코일(48)(도 1)에 직류 전류를 제공할 수 있다. 전력 증폭기(28)는 또한 천이 신호 파형을 증폭할 수 있고, 천이 신호 파형을 나타내는 교류 전류를 아마츄어(50)에 발생시킬 수 있다.
단계 306은 증폭된 신호 파형을 전기역학적 쉐이커(40)(도 1)에 인가하는 것을 포함할 수 있다. 증폭된 신호 파형은 아마츄어(50)(도 1)에 에너지를 공급하고, 아마츄어(50)로 하여금 기준축(56)(도 1)에 실질적으로 평행한 방향을 따라서 이동하도록 한다. 공진 빔(102)은 도 1에 도시된 바와 같이 아마츄어(50)에 설치될 수 있다.
단계 308은 증폭된 신호 파형의 쉐이커(40)로의 인가에 응답하여 쉐이커(40)(도 1)에서 충격 펄스(54)(도 1)를 발생시키는 것을 포함할 수 있다. 충격 펄스(54)는 아마츄어(50)에 흐르는 교류 전류에 응답하여 아마츄어(50)(도 1)의 왕복적 움직임(reciprocative movement)에 의해서 발생된다. 아마츄어(50)는 증폭된 신호 파형의 교류 전류의 주파수에 상응할 수 있는 주파수에서 왕복운동을 할 수 있다.
단계 310은 기준축(56)(도 1)에 실질적으로 평행하게 충격 펄스(54)(도 1)를 지향시키는(orient) 것을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 충격 펄스(54)의 지향(orientation)은 아마츄어(50)(도 1)의 움직임의 지향에 상응한다. 도시된 바와 같이, 쉐이커(40)는 아마츄어(50)가 계자 코일(48)(도 1)에 대해 축방향으로 움직이도록 구성될 수 있다. 공진 빔(102)(도 1)은 바람직하게는 공진 빔(102)과 아마츄어(50)가 적어도 충격 펄스(54)의 지속시간 동안 계속적인 접촉을 유지하도록 아마츄어(50)에 부착된다.
단계 312는 충격 펄스(54)의 발생에 응답하여 공진 빔(102)(도 1)을 적어도 하나의 공진 모드로 여기시키는 것을 포함할 수 있다. 공진 모드는 종방향 모드, 벤딩 또는 굴곡 모드, 비틀림 모드, 또는 다른 모드들 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 여기(excitation)의 모드는 공진 빔(102)의 구성 및/또는 쉐이커(40)(도 1)에 대한 공진 빔(102)의 위치, 지향, 및 장소를 포함하되 이에 한정되지 않는 다수의 요소들에 의해서 결정될 수 있다.
단계 314는 공진 빔(102)의 여기에 응답하여 공진 빔(102)(도 1)에서 충격 펄스(54)(도 1)를 증폭시키는 것을 포함할 수 있다. 충격 펄스(54)는 공진 빔(102) 상의 적어도 하나의 위치가 공진 빔(102)의 바닥 부분(106)(도 1)에서의 측정 피크 가속도(206)보다 더 큰 측정 피크 가속도(206)(도 14)를 갖도록 증폭될 수 있다. 상술한 바와 같이, 충격 펄스(54)는 공진 빔(102)의 안티-노드(도시되지 않음)의 위치에서 증폭될 수 있다.
단계 316은 충격 펄스(54)(도 1)에 응답하여 공진 빔(102)(도 1) 상의 위치에서 가속도를 측정하는 것 및 충격 펄스(54)가 증폭되는 공진 빔(102) 상의 하나 이상의 위치들을 식별하는 것을 포함할 수 있다. 각각의 위치에서의 증폭의 레벨이 측정될 수 있고, 바닥 부분(106)(도 1)에서의 측정 가속도와 비교될 수 있다.
단계 318은 각각의 측정된 위치에서 나타난 시뮬레이션된 SRS(218)(도 15)를 계산하는 것을 포함할 수 있다. 각각의 위치에서의 시뮬레이션된 SRS(218)는 그 위치에서의 측정 피크 가속도(206)(도 14)를 기초로 하여 계산될 수 있다. 각각의 위치에서의 시뮬레이션된 SRS(218)는 원하는 SRS(208)(도 15)와 비교될 수 있다. 상술한 바와 같이, 원하는 SRS(208)는 폭발물로 생성된 파이로테크닉 충격에 대한 서비스 환경(예컨대, 시뮬레이션되는 또는 실제의 구조물)의 응답을 나타낼 수 있다.
단계 320는 하나 이상의 공진 빔(102)(도 1) 위치들이 충격 펄스(54)(도 1)의 원하는 레벨의 증폭을 가지는 것으로 식별될 때까지 하나 이상의 시험변수(test variable)들을 조절하는 것을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 시뮬레이션된 SRS(218)(도 15)의 절대 피크 가속도(224)(도 15)가 원하는 SRS(208)(도 15)의 니 주파수(216)(도 15)에 상응하는 가속도와 실질적으로 동등한 하나 이상의 위치들이 식별될 수 있다. 상술한 바와 같이, 원하는 SRS(208)의 니 주파수(216)는 파이로테크닉 충격에 응답하는 서비스 환경의 지배적 주파수에 상응할 수 있다. 절대 피크 가속도(224)를 니 주파수(216)의 가속도에 매칭(matching)시킴으로써, 공진 빔(102) 상의 위치는 물건이 실제 서비스에서 받을 수 있는 파이로테크닉 충격의 비교적 유사한 시뮬레이션을 제공할 수 있다.
조절될 수 있는 시험변수들은 가속도가 측정되는 공진 빔(102)(도 1) 상의 위치들을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 주어진 공진 빔(102) 실시 예 상의 상이한 위치들은 상이한 증폭 레벨들을 나타낼 수 있다. 공진 빔(102) 상의 상이한 위치들에 가속도계(62)들(도 1)을 설치하고, 공진 빔(102)이 충격 펄스(54)(도 1)를 받게 하고, 원하는 증폭 레벨을 갖는 위치가 식별될 때까지 각각의 위치에서 증폭을 측정함으로써, 공진 빔(102)이 맵핑되거나(mapped) 조사될 수 있다. 시뮬레이션된 SRS(218)(도 15)는 또한 측정 가속도를 기초로 하여 각각의 위치에 대해 계산될 수 있다. 시뮬레이션된 SRS(218)가 원하는 SRS(208)(도 15)와 실질적으로 동등한 위치들이 식별될 수 있다. 이와 관련하여, 시뮬레이션된 SRS(218)의 절대 피크 가속도(224)(도 15)가 원하는 SRS(208)의 니 주파수(216)에 상응하는 가속도와 실질적으로 동등한 위치들이 식별될 수 있다. 바람직하게는, 시뮬레이션된 SRS(218)의 절대 피크 가속도(224)는 원하는 SRS(208)의 특정 허용오차 밴드(214) 내에 존재한다.
시험변수들은 또한 빔 형상, 빔 기하구조 및/또는 빔 치수들을 변경하는 것을 포함하여 공진 빔(102)(도 1)의 구성을 변경하는 것을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 주어진 충격 펄스(54)(도 1)에 대한 각각의 공진 빔(102)의 응답을 결정하기 위하여 공진 빔(102)의 상이한 구성들이 쉐이커(40)(도 1)에 설치될 수 있다. 빔 구성은 시뮬레이션된 SRS(218)(도 15)의 원하는 증폭 레벨 및 품질을 기초로 하여 선택될 수 있다. SRS의 품질은, 원하는 SRS(208)(도 15)의 공칭(nominal) 직선으로부터의 시뮬레이션된 SRS(218)의 편차(deviation)들의 크기, 및 시뮬레이션된 SRS(218)(도 15)의 스펙트럼의 상당 부분(substantial portion)이 특정 허용오차 밴드(214)(도 15) 내에 존재하는지 여부를 포함할 수 있다. 시험변수들은 또한 공진 빔(102)이 형성되는 물질을 변경하는 것을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 물질은 물질에 의해서 제공되는 상대적 단단함 또는 강성을 기초로 하여 선택될 수 있다. 예를 들어, 물질은 탄성계수(tensile modulus), 전단탄성계수(shear modulus), 프와송비, 또는 다른 기계적 속성들을 기초로 하여 선택될 수 있다.
천이 신호 파형은 시뮬레이션된 SRS(218)(도 15)의 절대 피크 가속도(224)(도 15)와 니 주파수(216)(도 15)에서의 가속도 간의 차이를 최소화하도록 조절될 수 있다. 예를 들어, 천이 신호 파형의 증폭 레벨은 전력 증폭기(28)(도 1)를 조절함으로써 조절될 수 있다. 신호 조절 장치(14)(도 1)는 또한 신호 발생기(12)(도 1)에 제공되는 천이 신호 파형을 처리하도록(manipulate) 조절될 수 있다. 예를 들어, 아날로그 필터(16)(도 1) 및/또는 디지털 필터(18)(도 1)는 상술한 하나 이상의 주파수들에서 천이 신호의 크기를 변경시키도록 조절될 수 있다.
상술한 하나 이상의 시험변수들은 시뮬레이션된 SRS(218)(도 15)가 원하는 SRS(208)(도 15)의 특정 허용오차 밴드(예컨대, +/- 6dB, +/- 3dB, +9/-6 dB 등) 내에 존재할 때까지 조절될 수 있다. 바람직하게는, 시뮬레이션된 SRS(218)가 원하는 SRS(208)의 니 주파수(216)(도 15)에서의 원하는 SRS(208)와 실질적으로 동등할 때까지 시험변수들이 조절될 수 있다. 공진 빔(102)(도 1) 상의 적어도 하나의 위치가 원하는 SRS(208)의 니 주파수(216)에서의 가속도와 실질적으로 동등한 절대 피크 가속도(224)를 갖는 시뮬레이션된 SRS(218)를 나타낼 때까지 시험변수들이 조절될 수 있다. 실시 예에 있어서, 공진 빔(102) 상의 적어도 하나의 위치가 미리 정해진 크기보다 큰, 예컨대 약 5000 g's보다 크거나, 또는 약 20,000 g's보다 크거나, 또는 더 높은 절대 피크 가속도(224)를 갖는 시뮬레이션된 SRS(218)를 나타낼 때까지 시험변수들이 조절될 수 있다. 시험변수들은 또한 공진 빔(102) 상의 적어도 하나의 위치가 약 100 kHz보다 큰 스펙트럼 내용을 갖는 시뮬레이션된 SRS(218)를 내도록 조절될 수 있다.
공진 빔(102)(도 1) 상의 위치에서의 응답을 측정하는 상술한 단계들은 측정 위치에서의 공진 빔(102)에 설치된(mounted) 질량 모델(152)(도 1)을 가지고 수행될 수 있다. 상술한 바와 같이, 질량 모델(152)은 시험 대상 물건(150)(도 1)의 질량 및 질량 분포와 실질적으로 동등할 수 있는 질량 및 질량 분포를 가질 수 있다. 원하는 응답을 나타내는 공진 빔(102) 상의 하나 이상의 위치들을 식별할(identify) 때, 질량 모델(152)은 시험 대상 물건(150)에 의해서 교체될 수 있다. 시험 대상 물건(150)은 이 위치에 설치될 수 있고, 일련의 충격 펄스(54)들(도 1)을 받을 수 있다. 시험 대상 물건(150)은 물건이 세 개의 상호 수직인 (즉, x, y, z) 축들의 각각에서 테스트될 때까지 서로 다른 지향으로 연속적으로 테스트될 수 있다.
이와 관련하여, 하나 이상의 삼축 가속도계(62)들(도 1)은 공진 빔(102)(도 1) 상에 설치되거나, 공진 빔(102)에 설치된 홀딩 픽스쳐(154)(도 1) 상에 설치될 수 있다. 가속도계(62)들은 바람직하게는 시험 대상 물건(150)(도 1)에 근접하게 설치되고, 시험 대상 물건(150)에 대해 비접촉식으로(non-contacting) 배치된다. 이후, 시험 대상 물건(150)은 시험의 목적에 따라서 하나 이상의 충격 펄스들을 받을 수 있다. 예를 들어, 적격 시험 동안, 시험 대상 물건(150)은 총 18번의 충격에 대하여 시험 물건(150)의 각각의 축(즉, x, y, z)에 대해 방향당(즉, +/-) 세 번의 충격들을 받을 수 있다. 비행 승인 시험 동안, 시험 대상 물건(150)은 총 6번의 충격에 대하여 각각의 축(즉, x, y, z)에 대해 각 방향으로(즉, +/-) 한 번의 충격을 받을 수 있다. 시험 대상 물건(150)은 각각의 충격 이후에 또는 일련의 충격들 이후에 손상 및/또는 오동작에 대해서 평가될(assessed) 수 있다.
본 발명의 여러 가지 변형들 및 다른 실시 예들이 상술한 설명 및 관련 도면들에서 제시된 지식의 혜택을 가지고 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 떠오를 것이다. 본 명세서에서 설명된 실시 예들은 설명을 위해서 의도된 것이지, 한정 또는 제한을 위해 의도된 것이 아니다. 본 명세서에서 구체적인 용어들이 채용되었지만, 이들은 일반적이고 설명적인(generic and descriptive) 의미로만 사용된 것이며, 제한의 목적을 위한 것이 아니다.

Claims (15)

  1. 원하는 SRS(shock response spectrum: 충격 응답 스펙트럼)(208)를 갖는 파이로테크닉 충격(pyrotechnic shock)을 시뮬레이션하기 위한 시스템(10)으로서:
    원하는 SRS(208)를 나타내는 천이 신호 파형(transient signal waveform)을 증폭하도록 구성된 전력 증폭기(28);
    증폭된 신호 파형에 응답하여 충격 펄스(shock pulse)(54)를 발생시키도록 구성된 쉐이커(shaker)(40); 및
    쉐이커(40)에 설치되고, 충격 펄스(54)를 증폭하도록 구성된 공진 빔(resonance beam)(102);을 포함하는 것을 특징으로 하는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 시스템(10).
  2. 제 1 항에 있어서,
    원하는 SRS(208)는 니 주파수(knee frequency)(216) 및 니 주파수(216)에 상응하는 가속도(acceleration)를 갖고;
    공진 빔(102) 상의 적어도 하나의 위치가 니 주파수(216)에 상응하는 가속도와 실질적으로 동등한 절대 피크 가속도(absolute peak acceleration)를 갖는 시뮬레이션된 SRS(218)를 나타내도록, 공진 빔(102)이 구성되는 것을 특징으로 하는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 시스템(10).
  3. 제 1 항에 있어서,
    쉐이커(40)는 기준축(56)을 가지고;
    충격 펄스(54)는 기준축(56)에 실질적으로 평행한 방향을 따라서 지향되고;
    공진 빔(102)은 기준축(56)에 실질적으로 평행하게 지향된 장축(104)을 갖는 액시얼 빔(axial beam)(110)을 포함하고, 액시얼 빔(110)은 장축(104)에 평행하게 측정된 높이 hA 및 장축(104)에 수직으로 측정된 폭 wA을 갖고, 높이 hA는 폭 wA보다 더 큰 것을 특징으로 하는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 시스템(10).
  4. 제 1 항에 있어서,
    쉐이커(40)는 기준축(56)을 가지고;
    충격 펄스(54)는 기준축(56)에 평행한 방향을 따라서 주로(predominantly) 지향되고;
    공진 빔(102)은 기준축(56)에 실질적으로 수직으로 지향된 장축(104)을 갖는 트랜스버스 빔(transverse beam)(120)을 포함하는 것을 특징으로 하는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 시스템(10).
  5. 제 4 항에 있어서,
    쉐이커(40)는 둘레(perimeter)를 갖는 아마츄어(armature)(50)를 가지고;
    트랜스버스 빔(120)은 서로 반대방향인(opposing) 빔 말단들(122)을 가지고;
    트랜스버스 빔(120)은 장축(104)에 수직으로 측정된 높이 hT 및 장축(104)에 평행하게 측정된 폭 wT을 가지고;
    폭 wT은 높이 hT보다 더 크고, 폭 wT은 빔 말단들(122) 중의 적어도 하나가 아마츄어(50) 둘레를 넘어서 뻗어 있도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 시스템(10).
  6. 제 1 항에 있어서,
    쉐이커(40)는 기준축(56)을 가지고, 쉐이커(40)는 기준축(56)이 대략 수평이 되도록 지향되고;
    공진 빔(102)은 L-빔(L-beam)(130)을 포함하고,
    L-빔(130)은:
    쉐이커(40)에 설치되고, 기준축(56)에 실질적으로 평행하게 지향된 장축(104)을 갖는 액시얼 빔(110); 및
    액시얼 빔(110)으로부터 바깥쪽을 향해 측면으로 뻗어 있는 측면 부재(lateral element)(132);를 포함하고,
    액시얼 빔(110)은 빔 지지체(beam support)(138) 상에서 슬라이딩가능하게(slidably) 지지되는 것을 특징으로 하는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하기 위한 시스템(10).
  7. 원하는 SRS(shock response spectrum: 충격 응답 스펙트럼)(208)를 갖는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하는 방법으로서,
    공진 빔(102)이 설치된 쉐이커(40)를 이용해서 충격 펄스(54)를 발생시키는 단계;
    충격 펄스(54)에 응답하여 공진 빔(102)을 여기시키는 단계; 및
    공진 빔(102)의 여기에 응답하여 공진 빔(102) 상의 적어도 하나의 위치에서 충격 펄스(54)를 증폭시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    파이로테크닉 충격은 원하는 SRS(충격 응답 스펙트럼)(208)를 가지고,
    충격 펄스(54)를 증폭시키는 단계는:
    공진 빔(102) 상의 적어도 하나의 위치가 원하는 SRS(208)와 실질적으로 동등한 시뮬레이션된 SRS(218)를 나타내도록, 충격 펄스(54)를 증폭시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    원하는 SRS(208)는 니 주파수(216) 및 니 주파수(216)에 상응하는 가속도를 가지고,
    충격 펄스(54)를 증폭시키는 단계는:
    시뮬레이션된 SRS(218)가 니 주파수(216)에 상응하는 가속도와 실질적으로 동등한 절대 피크 가속도를 갖도록, 충격 펄스(54)를 증폭시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    충격 펄스(54)를 증폭시키는 단계는:
    공진 빔(102) 상의 적어도 하나의 위치가 약 5000 G's보다 큰 절대 피크 가속도를 갖는 시뮬레이션된 SRS(218)를 나타내도록, 충격 펄스(54)를 증폭시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하는 방법.
  11. 제 7 항에 있어서,
    충격 펄스(54)를 증폭시키는 단계는:
    공진 빔(102) 상의 적어도 하나의 위치가 약 20,000 G's보다 큰 절대 피크 가속도를 갖는 시뮬레이션된 SRS(218)를 나타내도록, 충격 펄스(54)를 증폭시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하는 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    충격 펄스(54)를 증폭시키는 단계는:
    공진 빔(102) 상의 적어도 하나의 위치가 약 100 kHz보다 큰 가속도 응답을 갖는 시뮬레이션된 SRS(218)를 나타내도록, 충격 펄스(54)를 증폭시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하는 방법.
  13. 제 7 항에 있어서,
    쉐이커(40)의 기준축(56)을 따라서 충격 펄스(54)를 지향시키는 단계; 및
    기준축(56)에 실질적으로 평행하게 지향된 장축(104)을 갖는 액시얼 빔(110)으로서 공진 빔(102)을 구성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하는 방법.
  14. 제 7 항에 있어서,
    쉐이커(40)의 기준축(56)을 따라서 충격 펄스(54)를 지향시키는 단계; 및
    기준축(56)에 실질적으로 수직하게 지향된 장축(104)을 갖는 트랜스버스 빔(120)으로서 공진 빔(102)을 구성하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하는 방법.
  15. 제 7 항에 있어서,
    쉐이커(40)의 기준축(56)을 따라서 충격 펄스(54)를 지향시키는 단계; 및
    공진 빔(102)을 L-빔(130)으로서 구성하는 단계;를 더 포함하고,
    L-빔(130)은:
    쉐이커(40)에 설치되고, 기준축(56)에 실질적으로 평행하게 지향된 장축(104)을 갖는 액시얼 빔(110); 및
    액시얼 빔(110)으로부터 바깥쪽을 향해 측면으로 뻗어 있는 측면 부재(132);를 포함하는 것을 특징으로 하는 파이로테크닉 충격을 시뮬레이션하는 방법.
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