RU2794872C1 - Method for testing tools and equipment for high-intensity shocks - Google Patents

Method for testing tools and equipment for high-intensity shocks Download PDF

Info

Publication number
RU2794872C1
RU2794872C1 RU2022124859A RU2022124859A RU2794872C1 RU 2794872 C1 RU2794872 C1 RU 2794872C1 RU 2022124859 A RU2022124859 A RU 2022124859A RU 2022124859 A RU2022124859 A RU 2022124859A RU 2794872 C1 RU2794872 C1 RU 2794872C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
shock
tests
points
mutually perpendicular
impact
Prior art date
Application number
RU2022124859A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Александрович Орлов
Александр Сергеевич Орлов
Original Assignee
Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" filed Critical Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
Application granted granted Critical
Publication of RU2794872C1 publication Critical patent/RU2794872C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: aviation; rocket and space technology.
SUBSTANCE: methods for testing tools and equipment for high-intensity shock. Invention can be used for testing tools and equipment in aviation and rocket and space technology. The method consists in creating a shock effect in form of non-stationary vibration, registering accelerations and obtaining the same shock spectrum of accelerations at the attachment points of the test object for positive and negative values of the shock spectrum of accelerations. It differs from the background methods in that prior to the start of impact tests, tests are carried out to determine the resonant frequencies of the tooling with a dynamic layout of the test object along three mutually perpendicular axes, the results of which preliminarily determine the number and installation locations of pyro devices on the tooling at points that provide maximum response at the points of loading control dynamic layout at frequencies corresponding to the transition frequency of the given shock acceleration spectrum. Then, shock tests are carried out by simultaneous detonation of pyrotechnic devices, accelerations are recorded at the control points of the dynamic layout in form of non-stationary vibration, total, positive and negative shock acceleration spectra are obtained. Next, the resulting acceleration shock spectra are compared with the required acceleration shock spectra at each control point of the dynamic layout in three mutually perpendicular directions, and if they differ by an amount greater than the allowable error, the number, power and installation locations of the pyro devices are specified. After that, impact tests are repeated, and the required impact action in form of impact acceleration spectra is formed simultaneously at the points of control of loading of the dynamic layout along three mutually perpendicular axes.
EFFECT: creating impacts that correspond to the actual operating conditions of the equipment and ensure, during testing, simultaneous loading of the test object along three mutually perpendicular axes in two opposite directions (positive and negative) at various attachment points of the test object in order to reduce the number of impacts on the test object.
1 cl, 8 dwg

Description

Данное изобретение относится к способам испытаний на ударные воздействия и может быть использовано при испытаниях на ударные воздействия различных приборов и оборудования.This invention relates to impact testing methods and can be used in impact testing of various instruments and equipment.

Существуют различные способы проведения ударных испытаний. Основное их отличие заключается в создании либо одиночного импульса различной формы (как внешнего воздействия), либо в формировании ударного спектра ускорений (УСУ). Испытания по методу ударных спектров ускорений с помощью вибрационных электродинамических стендов (синтезирование сигнала ударного возбуждения при помощи элементарных сигналов), стендов с падающими столами (воспроизводятся простейшие сигналы, которые и обеспечивают необходимый УСУ). Испытания по методу ударных спектров ускорений проводят, когда неважно само воздействие, а важна реакция, которую это воздействие вызывает в конструкции (кн.2 «Испытательная техника» кн.1 М. Машиностроение 1982г. стр334-335). Использование электродинамических стендов ограничено как амплитудой воспроизводимых воздействий (как правило, 200-300 g), так и частотой (частотный диапазон воспроизводимых воздействий не превышает 2,5-3кГц).There are various ways to carry out impact testing. Their main difference lies in the creation of either a single pulse of various shapes (as an external influence), or in the formation of a shock acceleration spectrum (SAS). Tests according to the method of shock acceleration spectra using vibration electrodynamic stands (synthesizing a shock excitation signal using elementary signals), stands with falling tables (the simplest signals are reproduced, which provide the necessary USU). Tests according to the method of shock acceleration spectra are carried out when the impact itself is not important, but the reaction that this impact causes in the structure is important (kn. The use of electrodynamic stands is limited both by the amplitude of the reproducible effects (usually 200-300 g) and by the frequency (the frequency range of the reproducible effects does not exceed 2.5-3 kHz).

Для создания ударных воздействий помимо электродинамических стендов существует достаточно разнообразный набор средств, например, всевозможные гидравлические, механические стенды. To create shock effects, in addition to electrodynamic stands, there is a fairly diverse set of tools, for example, all kinds of hydraulic, mechanical stands.

Эти устройства позволяют воспроизводить различные способы нагружения объекта испытаний (с уровнями воздействия до десятков тысяч “g”), например, за счет сбрасывания рамы с определенной высоты. Ударное воздействие создают ударом тяжелого маятника по столу, на котором закреплен объект испытаний. (Вибрации в технике, справочник в 6 томах. Том 5. Измерения и испытания под редакцией М.Д.Генкина М. Машиностроение 1981г. стр.476 - 477). Или решение (Г.С. Батуев, Ю.В. Голубков и др. Инженерные методы исследования ударных процессов М. Машиностроение, 1977 г, стр.24-25), где воспроизводятся простейшие сигналы на маятниковом копре, но они значительно увеличивая амплитуду ускорений, также ориентированы на создание “чистого” импульса за счет подавления вторичной вибрации. Как и одиночный импульс, ударный спектр ускорений (от одиночного импульса) реализуется в одном направлении. Или решение (Круглов Ю.А., Туманов Ю.А. Ударовиброзащита машин, оборудования и аппаратуры. - Л. Машиностроение. 1986г. стр.151), когда ударное воздействие маятниковым бойком создают в подпружиненной платформе, на которой устанавливают объект испытаний, в виде одиночного импульса, по которому и вычисляют ударный спектр ускорений - аналоги. These devices make it possible to reproduce various ways of loading the test object (with exposure levels up to tens of thousands of “g”), for example, by dropping the frame from a certain height. Impact is created by hitting a heavy pendulum on a table on which the test object is fixed. (Vibrations in engineering, a reference book in 6 volumes. Volume 5. Measurements and tests, edited by M.D. Genkin M. Mashinostroenie 1981. pp. 476 - 477). Or a solution (G.S. Batuev, Yu.V. Golubkov and others. Engineering methods for studying shock processes M. Mashinostroenie, 1977, pp. 24-25), where the simplest signals are reproduced on a pendulum impactor, but they significantly increase the amplitude of accelerations , are also focused on creating a “clean” impulse by suppressing secondary vibration. Like a single impulse, the shock spectrum of accelerations (from a single impulse) is realized in one direction . Or a solution (Kruglov Yu.A., Tumanov Yu.A. Shock and vibration protection of machines, equipment and apparatus. - L. Mashinostroyeniye. 1986. p. 151), when the shock effect of the pendulum striker is created in a spring-loaded platform on which the test object is installed, in in the form of a single impulse, from which the shock spectrum of accelerations is calculated - analogs.

Основным недостатком рассмотренных выше способов испытаний является то, что The main disadvantage of the above test methods is that

при использовании электродинамических стендов для создания ударных воздействий имеются ограничения на амплитудно-частотный диапазон воспроизводимых нагрузок, т.е. они не годятся для воспроизведения ударных воздействий высокой интенсивности и ориентированы на создание суперпозицией импульсов воздействия в одном направлении. when using electrodynamic stands to create shock effects, there are restrictions on the amplitude-frequency range of reproducible loads, i.e. they are not suitable for reproducing impacts of high intensity and are focused on creating a superposition of impact impulses in one direction.

Типовые механические стенды (например, копровые с падающими столами) ориентированы на создание ударного воздействия в виде одиночного импульса, который действует на все элементы объекта испытаний, а не только в точках его крепления. Помимо этого, ударные испытания на подобном оборудовании нарушают “физику” нагружения бортовой аппаратуры (БА), т.к. при реальной эксплуатации нагружение БА проводится проходящей волной деформации в конструкции, а отклик на ударное воздействие имеет сложную форму в виде нестационарной вибрации.Typical mechanical stands (for example, impact test benches with falling tables) are focused on creating a shock effect in the form of a single impulse that acts on all elements of the test object, and not just at its attachment points. In addition, shock tests on such equipment violate the “physics” of loading on-board equipment (BA), since In real operation, the BA is loaded by a passing deformation wave in the structure, and the response to impact has a complex shape in the form of non-stationary vibration.

Кроме того, при проведении испытаний на ударные воздействия пространственных конструкций нагружение по одной оси, как правило, приводит к отклику по всем трем. А последовательное воспроизведение ударов по трем осям приводит к дополнительному (причем ничем не обоснованному) нагружению по остальным осям, особенно когда приходится проводить нагружение в положительном и отрицательном направлении осейIn addition, when performing impact tests of spatial structures, loading along one axis, as a rule, leads to a response in all three. And the successive reproduction of impacts on three axes leads to additional (and unjustified) loading on the remaining axes, especially when it is necessary to carry out loading in the positive and negative directions of the axes

Наиболее близким к заявляемому изобретению является решение по патенту РФ №2745342. Это способ испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия по методу ударных спектров ускорений, заключающийся в создании нестационарной вибрации последовательно вдоль каждой из трех взаимно перпендикулярных осей с помощью ударного стенда. Получении ударного спектра ускорений в точках крепления объекта испытаний для положительных и отрицательных значений ускорений нестационарной вибрации, причем количество создаваемых ударных воздействий на объекте испытаний уменьшают вдвое относительно требуемого количества ударных воздействий вдоль каждой из осей - «прототип». The closest to the claimed invention is the solution according to the patent of the Russian Federation No. 2745342. This is a method of testing for high-intensity shocks using the method of shock acceleration spectra, which consists in creating non-stationary vibration sequentially along each of three mutually perpendicular axes using a shock stand. Obtaining a shock spectrum of accelerations at the attachment points of the test object for positive and negative values of accelerations of non-stationary vibration, and the number of shocks generated on the test object is halved relative to the required number of shocks along each of the axes - "prototype".

Недостатками этого решения для формирования ударного воздействия является, в первую очередь, создание на объекте испытаний ударных воздействий последовательно вдоль каждой из трех взаимно перпендикулярных осей, которых при реальной эксплуатации не существует. Это особенно важно при испытаниях пространственных конструкций, у которых имеется несколько точек крепления, часто не лежащих даже в одной плоскости. Это влечет за собой увеличение количества ударных воздействий по осям: создание требуемого ударного спектра даже в двух направлениях по одной из осей создает дополнительные ударные воздействия вдоль двух других осей. Создать требуемый ударный спектр по двум направлениям оси в трех взаимно перпендикулярным направлениям одним источником ударных воздействий (как механическим, так и пиротехническим) для крупногабаритных конструкций практически невозможно.The disadvantages of this solution for the formation of impact is, first of all, the creation of impact on the test object sequentially along each of the three mutually perpendicular axes, which do not exist in real operation. This is especially important when testing spatial structures that have several attachment points, often not even lying in the same plane. This entails an increase in the number of shocks along the axes: the creation of the required shock spectrum even in two directions along one of the axes creates additional shocks along the other two axes. It is practically impossible to create the required shock spectrum in two directions of the axis in three mutually perpendicular directions by a single source of shock effects (both mechanical and pyrotechnic) for large-sized structures.

Для заявленного способа выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: способ испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия приборов и оборудования по методу ударных спектров ускорений, заключающийся в создании ударного воздействия в виде нестационарной вибрации, регистрации ускорений и получении одинакового ударного спектра ускорений в точках крепления объекта испытаний для положительных и отрицательных значений ускорений нестационарной вибрации последовательно по каждой из трех взаимно перпендикулярных осей, уменьшая вдвое относительно требуемого количества ударных воздействий вдоль каждой из осей, для которых сформированы положительные и отрицательные ударные спектры ускорений.For the claimed method, the following essential features common with the prototype have been identified: a method for testing high-intensity shock effects of instruments and equipment using the method of shock acceleration spectra, which consists in creating a shock in the form of non-stationary vibration, recording accelerations and obtaining the same shock spectrum of accelerations at the attachment points of the test object for positive and negative values of accelerations of non-stationary vibration sequentially along each of the three mutually perpendicular axes, halving relative to the required number of impact actions along each of the axes, for which positive and negative shock acceleration spectra are formed.

Технической проблемой настоящего изобретения является создание воздействий, соответствующих реальным условиям эксплуатации аппаратуры и обеспечивающих при проведении испытаний одновременное нагружение объекта испытаний по трем взаимно перпендикулярным осям в двух противоположных направлениях (положительном и отрицательном) в различных точках крепления объекта испытаний с целью уменьшения количества ударов на объект испытаний.The technical problem of the present invention is the creation of impacts that correspond to the actual operating conditions of the equipment and ensure, during testing, simultaneous loading of the test object along three mutually perpendicular axes in two opposite directions (positive and negative) at different points of attachment of the test object in order to reduce the number of impacts on the test object .

Указанная техническая проблема решается за счет того, что до начала ударных испытаний проводят испытания по определению резонансных частот оснастки с динамическим макетом объекта испытаний по трем взаимно перпендикулярным осям, по результатам которых предварительно определяют количество и места установки пироустройств на оснастке в точках, обеспечивающих максимальный отклик в точках контроля нагружения динамического макета на частотах, соответствующих частоте перехода заданного ударного спектра ускорений, затем проводят ударные испытания, одновременным подрывом пиротехнических устройств, регистрируют в точках контроля динамического макета ускорений в виде нестационарной вибрации, получают суммарные, положительные и отрицательные ударные спектры ускорений, сравнивают полученные ударные спектры ускорений с требуемыми ударными спектрами ускорений в каждой точке контроля динамического макета по трем взаимно перпендикулярным направлениям, и при их отличии на величину большую, чем допустимая погрешность, уточняют количество, мощность и места установки пироустройств, повторяют ударные испытания, причем требуемое ударное воздействие в форме ударных спектров ускорений формируют одновременно в точках контроля нагружения динамического макета по трем взаимно перпендикулярным осям одновременным подрывом пиротехнических устройств, причем меняют количество, мощность и места установки пироустройств, повторяют ударные испытания до получения в точках контроля нагружения динамического макета по трем взаимно перпендикулярным направлениям во всем заданном частотном диапазоне ударных спектров ускорений, отличающихся от требуемых ударных спектров ускорений на величину меньшую, чем допустимая погрешность, заменяют динамический макет штатным объектом испытаний, проводят его ударные испытания на сформированном режиме, при этом общее количество ударных воздействий при ударных испытаниях уменьшают в шесть раз.The specified technical problem is solved due to the fact that before the start of impact tests, tests are carried out to determine the resonant frequencies of the equipment with a dynamic layout of the test object along three mutually perpendicular axes, the results of which preliminarily determine the number and installation locations of pyrodevices on the equipment at points that provide maximum response in loading control points of the dynamic layout at frequencies corresponding to the transition frequency of the specified shock acceleration spectrum, then impact tests are carried out, simultaneous detonation of pyrotechnic devices, accelerations are recorded at the control points of the dynamic layout in the form of non-stationary vibration, total, positive and negative shock acceleration spectra are obtained, the obtained acceleration shock spectra with the required acceleration shock spectra at each control point of the dynamic layout in three mutually perpendicular directions, and if they differ by a value greater than the permissible error, the number, power and installation locations of the pyrodevices are specified, the impact tests are repeated, and the required impact action in in the form of shock acceleration spectra, they are formed simultaneously at the points of control of loading of a dynamic layout along three mutually perpendicular axes by simultaneous detonation of pyrotechnic devices, and the number, power and installation locations of pyrodevices are changed, shock tests are repeated until a dynamic layout is obtained at points of control of loading of a dynamic layout in three mutually perpendicular directions throughout in a given frequency range of acceleration shock spectra that differ from the required acceleration shock spectra by an amount less than the permissible error, the dynamic layout is replaced with a standard test object, its impact tests are carried out in the generated mode, while the total number of impact actions during impact tests is reduced by six times.

Суть заявленного решения поясняется чертежами, где на фиг.1, показана оснастка 1 с установленной в ней с помощью проушин 2 пространственной антенной системой (АС) 3 разработки АО «ИСС». Ударные воздействия на антенную систему проводят с помощью пиротехнических устройств (ПУ) 4 жестко прикрепленных к оснастке 1. При проведении вибрационных испытаний АС 3 с оснасткой 1 устанавливается на вибростенд и проводится ее вибрационное нагружение. Контроль вибрационного и ударного нагружения выполняют, например, с помощью трехосевых акселерометров АР1020 5. Акселерометры (датчики ускорений) применяются при регистрации виброускорений при частотных испытаниях, когда воздействие задается в виде спектральной плотности мощности виброускорений (СПМ) и отклик получают также в виде СПМ. На фиг.2 в качестве примера показаны отклики в виде СПМ в точке на одной из проушин 2 по трем взаимно перпендикулярным направлениям X,Y,Z (A2X, A2Y, A2Z). В остальных точках контроля результаты аналогичны. Это позволяет, как и при испытаниях на гармоническую вибрацию, получать резонансные частоты объекта испытаний (резонансные частоты не зависят от способа возбуждения). По отклику в местах крепления проушин определяют частотный диапазон с максимальным откликом по трем взаимно перпендикулярным осям. На фиг.3 в таблице 1 приведены требования по-ударному нагружению АС. Из таблицы 1 видно, что частота перехода для УСУ составляет 1000Гц. По всем направлениям (фиг.2) на частоте в 1000Гц имеются резонансы с добротностью от 3 (A2X) до 5-6 (A2Y, A2Z). Добротность получают из отношения СПМ по формулеThe essence of the claimed solution is illustrated by drawings, where figure 1 shows the equipment 1 installed in it with the help of lugs 2 spatial antenna system (AS) 3 developed by JSC "ISS". Shock effects on the antenna system are carried out using pyrotechnic devices (PU) 4 rigidly attached to equipment 1. During vibration tests, AC 3 with equipment 1 is installed on a vibration stand and its vibration loading is carried out. Vibration and shock loading is controlled, for example, using three-axis accelerometers AR1020 5. Accelerometers (acceleration sensors) are used to register vibration accelerations during frequency tests, when the impact is specified in the form of vibration acceleration power spectral density (SPD) and the response is also obtained in the form of SPD. Figure 2 as an example shows the responses in the form of PSD at a point on one of the lugs 2 in three mutually perpendicular directions X,Y,Z (A2X, A2Y, A2Z). At other control points, the results are similar. This allows, as in tests for harmonic vibration, to obtain the resonant frequencies of the test object (resonant frequencies do not depend on the method of excitation). The frequency range with the maximum response along three mutually perpendicular axes is determined by the response at the attachment points of the lugs. Figure 3 in table 1 shows the requirements for shock loading of the AU. Table 1 shows that the transition frequency for the USU is 1000Hz. In all directions (figure 2) at a frequency of 1000 Hz there are resonances with a quality factor from 3 (A2X) to 5-6 (A2Y, A2Z). The quality factor is obtained from the SPM ratio according to the formula

Q=

Figure 00000001
,Q=
Figure 00000001
,

где:Where:

Q - добротность на частоте 1000Гц;Q - quality factor at a frequency of 1000 Hz;

S1 - спектральная плотность мощности в точке контроля на частоте 1000Гц;S 1 - power spectral density at the control point at a frequency of 1000 Hz;

S2 - заданная спектральная плотность мощности в точке контроля на частоте 1000Гц S 2 - given power spectral density at the control point at a frequency of 1000 Hz

(при данных испытаниях СПМ равнялась 0,001 g2/Гц в диапазоне частот от 20Гц до 2000Гц).(during these tests, the PSD was equal to 0.001 g 2 /Hz in the frequency range from 20Hz to 2000Hz).

По результатам анализа графиков СПМ (фиг.2), а также конструктивного исполнения оснастки и АС принимается решение по точкам приложения ударных воздействий. Так как АС и оснастка в плоскости крепления АС симметричны, то ПУ устанавливают на оснастке в четырех точках посредине между проушинами (фиг.1), что обеспечивает максимальный отклик в точках контроля ударного воздействия. Based on the results of the analysis of the SPM graphs (figure 2), as well as the design of the tooling and the AU, a decision is made on the points of application of impacts. Since the AU and equipment in the plane of attachment of the AU are symmetrical, the PU is installed on the equipment at four points in the middle between the lugs (figure 1), which ensures maximum response at the impact control points.

При ударных испытаниях с помощью ПУ 4 в объекте испытаний (АС) в точках контроля 5 после срабатывания ПУ возбуждается нестационарная вибрация, по результатам измерений которой, строятся ударные спектры ускорений. Ударные спектры ускорений формируются с допустимыми погрешностями, приведенными в таблице 2, показанной на фиг.4. Графики нестационарной вибрации для точки на одной из проушин 2 показаны на фиг.5, а УСУ для разных направлений осей на фиг.6 (X-X), фиг.7 (Y-Y), фиг.8 (Z-Z).During shock tests with the help of PU 4 in the test object (AS) at control points 5 after the PU is triggered, non-stationary vibration is excited, based on the measurement results of which, shock acceleration spectra are built. Shock acceleration spectra are formed with the allowable errors given in table 2 shown in Fig.4. Graphs of non-stationary vibration for a point on one of the lugs 2 are shown in Fig.5, and USU for different directions of the axes in Fig.6 (X-X), Fig.7 (Y-Y), Fig.8 (Z-Z).

На фиг.6-8 показаны требуемые УСУ 6, УСУ, полученные при ударных воздействиях: положительные 7, отрицательные 8, суммарные 9. Также на графиках представлены допустимые погрешности: плюс 3дБ поз.10, минус 3дБ поз.11, плюс 6дБ поз.12, плюс 9дБ поз.13.Figures 6-8 show the required USU 6, USU obtained under impact: positive 7, negative 8, total 9. Also, the graphs show the permissible errors: plus 3dB pos.10, minus 3dB pos.11, plus 6dB pos. 12, plus 9dB pos.13.

Как видно из графиков фиг.6-8, полученные УСУ соответствуют требованиям таблицы 2, фиг.4.As can be seen from the graphs of Fig.6-8, the obtained USU meet the requirements of table 2, Fig.4.

Сущность заявляемого решения может быть пояснена следующим образом. The essence of the proposed solution can be explained as follows.

В настоящее время требования на приборы и оборудование задаются, как правило, в виде УСУ с указанием количества ударных воздействий. Например, типовые требования на бортовую аппаратуру формулируются так: «Ударные нагрузки задаются в виде трех ударов по каждому направлению вдоль каждой из трех взаимно перпендикулярных осей». Требование по созданию ударных воздействий вдоль одной оси по двум направлениям связано с тем, что часть комплектующих аппаратуры по-разному откликается на нагружение в разных направлениях (например, микропереключатели). При этом большинство ударных стендов ориентированы на создание классических одиночных импульсов ускорений, особенно при необходимости создания ударных воздействий повышенной интенсивности (до десятков тысяч “g”), когда применение электродинамических стендов для формирования УСУ невозможно. При получении необходимого УСУ с помощью одиночного импульса амплитуда ускорений существенно возрастает по сравнению с нестационарной вибрацией, имеющей близкий УСУ (в 3-4 раза). Причем нестационарную вибрацию можно рассматривать как набор положительных и отрицательных импульсов затухающих во времени (уменьшается их амплитуда) и обеспечивающих требуемый УСУ при значительно меньшей амплитуде. Кроме того, создаваемая в месте установки объекта испытаний нестационарная вибрация больше соответствует «физике» нагружения реального оборудования, например, в составе космических аппаратов (после срабатывания пиротехнических устройств отклики в местах установки оборудования фиксируются в виде нестационарной вибрации). Следует также отметить, что ударное воздействие от одного пироустстройства на космическом аппарате одновременно вызывает отклик по трем взаимно перпендикулярным направлениям. Создать подобное воздействие можно только натурным срабатыванием штатного пироустройства на реальном космическом аппарате (КА). Но оборудование создается параллельно с созданием самого КА. Кроме того, любые внешние воздействия (в том числе и ударные) при автономной отработке должны воспроизводиться с учетом коэффициента безопасности (для УСУ он равен двум). При последовательном нагружении оборудование испытывает избыточные воздействия (даже когда удается одним воздействием загрузить положительное и отрицательное направление оси воздействие), т.к. при ударном нагружении обеспечить отклик объекта испытаний только по одной оси невозможно.Currently, the requirements for instruments and equipment are set, as a rule, in the form of USU with an indication of the number of impacts. For example, typical requirements for on-board equipment are formulated as follows: “Impact loads are specified in the form of three impacts in each direction along each of three mutually perpendicular axes.” The requirement to create impacts along one axis in two directions is due to the fact that some of the equipment components respond differently to loading in different directions (for example, microswitches). At the same time, most of the impact test benches are focused on creating classical single acceleration pulses, especially when it is necessary to create shock effects of increased intensity (up to tens of thousands of “g”), when the use of electrodynamic test benches for the formation of USA is impossible. When obtaining the required USA using a single pulse, the amplitude of accelerations increases significantly in comparison with non-stationary vibration, which has a close USA (3-4 times). Moreover, non-stationary vibration can be considered as a set of positive and negative pulses that decay in time (their amplitude decreases) and provide the required USA at a much lower amplitude. In addition, the non-stationary vibration created at the installation site of the test object is more consistent with the “physics” of loading real equipment, for example, as part of spacecraft (after the pyrotechnic devices are triggered, the responses at the equipment installation sites are recorded in the form of non-stationary vibration). It should also be noted that the impact from one pyrodevice on a spacecraft simultaneously causes a response in three mutually perpendicular directions. It is possible to create such an impact only by full-scale operation of a standard pyrodevice on a real spacecraft (SC). But the equipment is created in parallel with the creation of the spacecraft itself. In addition, any external influences (including impact ones) during autonomous testing must be reproduced taking into account the safety factor (for USU it is equal to two). Under sequential loading, the equipment experiences excessive impacts (even when it is possible to load the positive and negative directions of the impact axis with one impact), because under shock loading, it is impossible to ensure the response of the test object only along one axis.

При испытаниях крупногабаритных пространственных конструкций (например, антенн космических аппаратов) создание ударных воздействий даже в двух направлениях часто становится невозможным из-за сложности оснастки, размеров ударных стендов и т.д. Еще сложнее создать воздействия, имитирующие одновременное нагружение оборудования по трем взаимно перпендикулярным направлениям. В этом случае ударное нагружение объекта испытаний возможно только по ударным воздействиям, создаваемым малогабаритным ПУ по рассмотренной выше процедуре. When testing large-sized spatial structures (for example, spacecraft antennas), the creation of shock even in two directions often becomes impossible due to the complexity of the equipment, the size of shock stands, etc. It is even more difficult to create actions that simulate the simultaneous loading of equipment in three mutually perpendicular directions. In this case, the shock loading of the test object is possible only by the shock effects created by the small-sized launcher according to the procedure discussed above.

Так как по определению «ударный спектр ускорений - это зависимость максимального отклика на ударное воздействие ансамбля колебательных систем с одной степенью свободы и одинаковым демпфированием от собственных частот этих систем», то положительные и отрицательные значения УСУ показывают максимальную реакцию в этих направлениях. То есть при других испытаниях с заданным УСУ большего отклика не будет, и проводить еще дополнительные испытания не требуется (необходимые режимы нагружения уже реализованы). Таким образом, количество ударных воздействий по одной оси можно уменьшить вдвое, а так как требуемый УСУ создается сразу по трем направлениям, то общее количество ударов уменьшают в шесть раз. Для расчета ударных спектров ускорений наибольшее распространение получил алгоритм Смолвуда (D.O. Smallwood, "An Improved Recursive Formula for Calculating Shock Response Spectra", Sandia National Laboratories, Albuquerque, New Mexico). Формирование УСУ при ударных испытаниях проводят с заранее оговоренной погрешностью. Эта погрешность может быть разной для различных частотных диапазонов. Типовые требования по погрешностям приведены в таблице 2 (фиг.4). Since, by definition, “the shock spectrum of accelerations is the dependence of the maximum response to the impact action of an ensemble of oscillatory systems with the same degree of freedom and the same damping on the natural frequencies of these systems,” positive and negative USA values show the maximum response in these directions. That is, in other tests with a given USU, there will be no greater response, and additional tests are not required (the necessary loading conditions have already been implemented). Thus, the number of impacts along one axis can be halved, and since the required USU is created immediately in three directions, the total number of impacts is reduced by six times. Smallwood's algorithm (D.O. Smallwood, "An Improved Recursive Formula for Calculating Shock Response Spectra", Sandia National Laboratories, Albuquerque, New Mexico) is most widely used to calculate shock acceleration spectra. The formation of the USU during impact tests is carried out with a predetermined error. This error may be different for different frequency ranges. Typical requirements for errors are given in table 2 (figure 4).

Следует также отметить, что формирование требуемого УСУ для испытаний проводят в несколько этапов, так как сразу получить необходимый УСУ, как правило, не удается. На первом этапе по результатам вибрационных испытаний получают отклики в точках крепления объекта испытаний. Так как оснастка для проведения вибрационных и ударных испытаний изготавливается заранее, то при ее проектировании можно подобрать такие жесткости, что одни из возможных резонансов будут в области частоты перехода. Для режима нагружения приведенного в таблице 1 на фиг.4 частота перехода 1000Гц.It should also be noted that the formation of the required USU for testing is carried out in several stages, since, as a rule, it is not possible to immediately obtain the necessary USU. At the first stage, according to the results of vibration tests, responses are obtained at the attachment points of the test object. Since the tooling for vibration and shock testing is prefabricated, during its design it is possible to choose such stiffnesses that one of the possible resonances will be in the region of the transition frequency. For the loading mode shown in table 1 in figure 4, the transition frequency is 1000 Hz.

Применение регулируемого источника ударных воздействий, изменение точек приложения этих воздействий, различных крешеров и так далее позволяет подобрать нужное воздействие. Поэтому отработку нужного режима испытаний проводят на динамическом макете прибора, и только после сформирования необходимого режима испытаний переходят к испытаниям штатного прибора. The use of an adjustable source of impacts, changing the points of application of these impacts, various crashers, and so on, allows you to select the desired impact. Therefore, the development of the desired test mode is carried out on a dynamic layout of the device, and only after the formation of the required test mode, they proceed to testing the standard device.

Пример практического исполнения.An example of practical implementation.

В качестве примера рассмотрим создание требуемого УСУ для антенной системы, показанной на фиг.1. Результаты формирования требуемого УСУ показаны на фиг.6-8 для точки контроля 2 в соответствии с требованиями, приведенными в таблице 1 (фиг.3), с погрешностями, приведенными в таблице 2 (фиг.4). Для остальных точек контроля в местах крепления АС результаты аналогичны.As an example, consider the creation of the required USA for the antenna system shown in Fig.1. The results of the formation of the required USU shown in Fig.6-8 for control point 2 in accordance with the requirements given in table 1 (figure 3), with the errors shown in table 2 (figure 4). For the rest of the control points in the places where the speakers are attached, the results are similar.

На фиг.1, показана оснастка 1 с установленной в ней с помощью проушин 2 пространственной антенной системой (АС) 3 разработки АО «ИСС». Ударные воздействия на антенную систему проводят с помощью регулируемых пиротехнических устройств 4 жестко прикрепленных к оснастке 1. Параметрами регулирования ПУ является мощность применяемого пиросостава, форма, масса бойка, расстояние от бойка до точки приложения ударного воздействия. Применяемое ПУ позволяет создавать ударные воздействия от десятков “g” до десятков тысяч “g”. За счет отверстий во фланцах ПУ они могут крепиться практически в любой точке оснастки. In Fig.1, shows the equipment 1 installed in it with the help of lugs 2 spatial antenna system (AS) 3 developed by JSC "ISS". Impact on the antenna system is carried out with the help of adjustable pyrotechnic devices 4 rigidly attached to the equipment 1. The control parameters of the PU are the power of the pyrocomposition used, the shape, weight of the striker, the distance from the striker to the point of application of the impact. The used PU allows you to create shock effects from tens of “g” to tens of thousands of “g”. Due to the holes in the PU flanges, they can be mounted almost anywhere in the tooling.

Сначала были проведены вибрационные испытания по методу широкополосной случайной вибрации. При проведении вибрационных испытаний АС 3 с оснасткой 1 устанавливается на вибростенд и проводится ее вибрационное нагружение. Контроль вибрационного и ударного нагружения выполняют с помощью трехосевых акселерометров АР1020 5. Акселерометры (датчики ускорений) применяются при регистрации виброускорений при частотных испытаниях, когда воздействие задается в виде спектральной плотности мощности виброускорений (СПМ) и отклик получают также в виде СПМ. На фиг.2 в качестве примера показаны отклики в виде СПМ в точке на одной из проушин 2 по трем взаимно перпендикулярным направлениям X,Y,Z (A2X, A2Y, A2Z). В остальных точках контроля результаты аналогичны. Это позволяет, как и при испытаниях на гармоническую вибрацию получать резонансные частоты объекта испытаний (резонансные частоты не зависят от способа возбуждения). По отклику в местах крепления проушин определяют частотный диапазон с максимальным откликом по трем взаимно перпендикулярным осям. На фиг.3 в таблице 1 приведены требования по-ударному нагружению АС. Из таблицы 1 видно, что частота перехода для УСУ составляет 1000Гц. По всем направлениям (фиг.2) на частоте в 1000Гц имеются резонансы с добротностью от 3 (A2X) до 5-6 (A2Y, A2Z). Добротность получают из отношения СПМ по формулеFirst, vibration tests were carried out using the method of broadband random vibration. When carrying out vibration tests, AC 3 with equipment 1 is installed on a vibration stand and its vibration loading is carried out. Vibration and shock loading is controlled using three-axis accelerometers AR1020 5. Accelerometers (acceleration sensors) are used to register vibration accelerations during frequency tests, when the impact is specified in the form of vibration acceleration power spectral density (SPD) and the response is also obtained in the form of SPD. Figure 2 as an example shows the responses in the form of PSD at a point on one of the lugs 2 in three mutually perpendicular directions X,Y,Z (A2X, A2Y, A2Z). At other control points, the results are similar. This allows, as in tests for harmonic vibration, to obtain the resonant frequencies of the test object (resonant frequencies do not depend on the method of excitation). The frequency range with the maximum response along three mutually perpendicular axes is determined by the response at the attachment points of the lugs. Figure 3 in table 1 shows the requirements for shock loading of the AU. Table 1 shows that the transition frequency for the USU is 1000Hz. In all directions (figure 2) at a frequency of 1000 Hz there are resonances with a quality factor from 3 (A2X) to 5-6 (A2Y, A2Z). The quality factor is obtained from the SPM ratio according to the formula

Q=

Figure 00000001
,Q=
Figure 00000001
,

где:Where:

Q - добротность на частоте 1000Гц;Q - quality factor at a frequency of 1000 Hz;

S1 - спектральная плотность мощности в точке контроля на частоте 1000Гц;S 1 - power spectral density at the control point at a frequency of 1000 Hz;

S2 - заданная спектральная плотность мощности в точке контроля на частоте 1000Гц S 2 - given power spectral density at the control point at a frequency of 1000 Hz

(при данных испытаниях СПМ равнялась 0,001 g2/Гц в диапазоне частот от 20Гц до 2000Гц).(during these tests, the PSD was equal to 0.001 g 2 /Hz in the frequency range from 20Hz to 2000Hz).

По результатам анализа графиков СПМ (фиг.2), а также конструктивного исполнения оснастки и АС принимается решение по точкам приложения ударных воздействий. Так как АС и оснастка в плоскости крепления АС симметричны, то ПУ устанавливают на оснастке в четырех точках посредине между проушинами (фиг.1), что обеспечивает максимальный отклик в точках контроля ударного воздействия. Based on the results of the analysis of the SPM graphs (figure 2), as well as the design of the tooling and the AU, a decision is made on the points of application of impacts. Since the AU and equipment in the plane of attachment of the AU are symmetrical, the PU is installed on the equipment at four points in the middle between the lugs (figure 1), which ensures maximum response at the impact control points.

При ударных испытаниях с помощью ПУ 4 в объекте испытаний (АС) в точках контроля 5 после срабатывания ПУ возбуждается нестационарная вибрация, по результатам измерений которой, строятся ударные спектры ускорений. Ударные спектры ускорений формируются с допустимыми погрешностями, приведенными в таблице 2, показанной на фиг.4. Графики нестационарной вибрации для точки 2 показаны на фиг.5, а УСУ для разных направлений осей на фиг.6 (X-X), фиг.7 (Y-Y), фиг.8 (Z-Z).During shock tests with the help of PU 4 in the test object (AS) at control points 5 after the PU is triggered, non-stationary vibration is excited, based on the measurement results of which, shock acceleration spectra are built. Shock acceleration spectra are formed with the allowable errors given in table 2 shown in Fig.4. Graphs of non-stationary vibration for point 2 are shown in Fig.5, and USU for different directions of the axes in Fig.6 (X-X), Fig.7 (Y-Y), Fig.8 (Z-Z).

На фиг.6-8 показаны требуемые УСУ 6, УСУ, полученные при ударных воздействиях: положительные 7, отрицательные 8, суммарные 9. Также на графиках представлены допустимые погрешности: плюс 3дБ поз.10, минус 3дБ поз.11, плюс 6дБ поз.12, плюс 9дБ поз.13.Figures 6-8 show the required USU 6, USU obtained under impact: positive 7, negative 8, total 9. Also, the graphs show the permissible errors: plus 3dB pos.10, minus 3dB pos.11, plus 6dB pos. 12, plus 9dB pos.13.

Как видно из графиков фиг.6-8, полученные УСУ соответствуют требованиям таблицы 2, фиг.4.As can be seen from the graphs of Fig.6-8, the obtained USU meet the requirements of table 2, Fig.4.

Таким образом, при реализации заявляемого изобретения достигается следующий технический результат: создаваемая в месте установки объекта испытаний нестационарная вибрация больше соответствует «физике» нагружения реального оборудования. В результате чего при автономной отработке АС за счет созданной нестационарной вибрации воспроизведены требуемые ударные спектры ускорений одновременно в положительном и отрицательном направлениях по трем взаимно перпендикулярным направлениям, за счет чего количество ударов уменьшено в 6 раз (с необходимых 18 до 3)Thus, when implementing the claimed invention, the following technical result is achieved: the non-stationary vibration created at the installation site of the test object is more consistent with the “physics” of loading real equipment. As a result, during autonomous testing of the AU, due to the created non-stationary vibration, the required shock acceleration spectra were reproduced simultaneously in positive and negative directions in three mutually perpendicular directions, due to which the number of shocks was reduced by 6 times (from the required 18 to 3)

Из известных авторам источников информации и патентных материалов не известна совокупность признаков, сходных с совокупностью признаков заявленных объектов.From the sources of information and patent materials known to the authors, no set of features similar to the set of features of the claimed objects is known.

Claims (1)

Способ испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия приборов и оборудования по методу ударных спектров ускорений, заключающийся в создании ударного воздействия в виде нестационарной вибрации, регистрации ускорений и получении одинакового ударного спектра ускорений в точках крепления объекта испытаний для положительных и отрицательных значений ускорений нестационарной вибрации последовательно по каждой из трех взаимно перпендикулярных осей, уменьшая вдвое относительно требуемого количества ударных воздействий вдоль каждой из осей, для которых сформированы одинаковые положительные и отрицательные ударные спектры ускорений, отличающийся тем, что до начала ударных испытаний проводят испытания по определению резонансных частот оснастки с динамическим макетом объекта испытаний по трем взаимно перпендикулярным осям, по результатам которых предварительно определяют количество и места установки пироустройств на оснастке в точках, обеспечивающих максимальный отклик в точках контроля нагружения динамического макета на частотах, соответствующих частоте перехода заданного ударного спектра ускорений, затем проводят ударные испытания одновременным подрывом пиротехнических устройств, регистрируют в точках контроля динамического макета ускорений в виде нестационарной вибрации, получают суммарные, положительные и отрицательные ударные спектры ускорений, сравнивают полученные ударные спектры ускорений с требуемыми ударными спектрами ускорений в каждой точке контроля динамического макета по трем взаимно перпендикулярным направлениям, и при их отличии на величину, большую, чем допустимая погрешность, уточняют количество, мощность и места установки пироустройств, повторяют ударные испытания, причем требуемое ударное воздействие в форме ударных спектров ускорений формируют одновременно в точках контроля нагружения динамического макета по трем взаимно перпендикулярным осям одновременным подрывом пиротехнических устройств, причем меняют количество, мощность и места установки пироустройств, повторяют ударные испытания до получения в точках контроля нагружения динамического макета по трем взаимно перпендикулярным направлениям во всем заданном частотном диапазоне ударных спектров ускорений, отличающихся от требуемых ударных спектров ускорений на величину, меньшую, чем допустимая погрешность, заменяют динамический макет штатным объектом испытаний, проводят его ударные испытания на сформированном режиме, при этом общее количество ударных воздействий при ударных испытаниях уменьшают в шесть раз. A method for testing high-intensity shock effects of instruments and equipment using the method of shock acceleration spectra, which consists in creating a shock effect in the form of non-stationary vibration, recording accelerations and obtaining the same shock acceleration spectrum at the attachment points of the test object for positive and negative values of accelerations of non-stationary vibration sequentially for each of three mutually perpendicular axes, halving the required number of shocks along each of the axes, for which the same positive and negative shock acceleration spectra are formed, characterized in that before the start of shock tests, tests are carried out to determine the resonant frequencies of the tooling with a dynamic layout of the test object in three mutually perpendicular axes, based on the results of which the number and installation locations of pyrotechnic devices on the tooling are preliminarily determined at points that provide the maximum response at the loading control points of the dynamic layout at frequencies corresponding to the transition frequency of the specified shock acceleration spectrum, then impact tests are carried out by simultaneous detonation of pyrotechnic devices, recorded in points of control of the dynamic layout of accelerations in the form of non-stationary vibration, receive total, positive and negative shock acceleration spectra, compare the received shock acceleration spectra with the required shock acceleration spectra at each control point of the dynamic layout in three mutually perpendicular directions, and if they differ by a value greater than than the permissible error, specify the number, power and installation locations of pyrotechnic devices, repeat impact tests, and the required impact action in the form of shock acceleration spectra is formed simultaneously at the points of control of loading of the dynamic layout along three mutually perpendicular axes by simultaneous detonation of pyrotechnic devices, and the number and power are changed and installation sites of pyrodevices, repeat impact tests until a dynamic mock-up is obtained at the loading control points in three mutually perpendicular directions in the entire specified frequency range of shock acceleration spectra that differ from the required shock acceleration spectra by an amount less than the permissible error, replace the dynamic mock-up with a standard object tests, its impact tests are carried out in the generated mode, while the total number of impacts during impact tests is reduced by six times.
RU2022124859A 2022-09-22 Method for testing tools and equipment for high-intensity shocks RU2794872C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2794872C1 true RU2794872C1 (en) 2023-04-25

Family

ID=

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2220416A1 (en) * 1971-07-22 1973-02-01 Time Data Corp ARRANGEMENT FOR DIGITAL CONTROL OF A VIBRATION TEST DEVICE
RU2338169C1 (en) * 2007-02-12 2008-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" Method for high-intensity impact tests for instruments and equipment
RU2745342C1 (en) * 2020-06-09 2021-03-24 Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва» Method of testing for high-intensity shock effects of devices and equipment

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2220416A1 (en) * 1971-07-22 1973-02-01 Time Data Corp ARRANGEMENT FOR DIGITAL CONTROL OF A VIBRATION TEST DEVICE
RU2338169C1 (en) * 2007-02-12 2008-11-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева" Method for high-intensity impact tests for instruments and equipment
RU2745342C1 (en) * 2020-06-09 2021-03-24 Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва» Method of testing for high-intensity shock effects of devices and equipment

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Круглов Ю.А., Туманов Ю.А. Ударовиброзащита машин, оборудования и аппаратуры. - Л. Машиностроение. 1986 г. стр.151. Вибрации в технике, справочник в 6 томах. Том 5. Измерения и испытания под редакцией М.Д. Генкина М. Машиностроение 1981 г. стр.476 - 477. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rao et al. Mechanical vibrations
RU2335747C1 (en) Combined stand for high-intensity shock testing
RU2625639C1 (en) Stand for impact testing
RU2794872C1 (en) Method for testing tools and equipment for high-intensity shocks
RU2745342C1 (en) Method of testing for high-intensity shock effects of devices and equipment
RU2338169C1 (en) Method for high-intensity impact tests for instruments and equipment
Lienard et al. Dynamic testing of a subscale sunshield for the next generation space telescope (NGST)
RU2262679C1 (en) Method of testing devices and equipment for high-intensive shock
RU2813247C1 (en) High-intensity impact test method
RU2787813C1 (en) Method for testing for high-intensity impact of instruments and equipment
Barajas-Olalde et al. Is it possible to conduct seismic wind noise experiments in a wind tunnel?
Blake The need to control the output impedance of vibration and shock machines
RU2016386C1 (en) Method of testing shock-proof articles for seismic stability
Xiaoyong et al. Improvements for seismometers testing on shake table
JPH0216464B2 (en)
Painter et al. Simulating flight environment shock on an electrodynamic shaker
Bai et al. High G pyrotechnic shock simulation using metal-to-metal impact
RU2141635C1 (en) Method of dynamic tests of buildings and structures and gear for its implementation
JPH03287045A (en) Impact testing method
Doronin Underwater explosions in dynamic testing of hydraulic structures
RU2775360C1 (en) Method for determining the dynamic characteristics of flexible extended structures by experiment
RU2085889C1 (en) Method of impact tests
Yao et al. An Ultra-Low Frequency Active Vertical Vibration Isolator With Geometric Anti-Spring Structure
Brook et al. Experimental analysis of vibrator baseplate dynamics
RU2331860C1 (en) Stand for high-intensity shock tests of instruments and equipment