全尺寸航天器振动台多维振动试验的天地一致性研究(下)

地面振动试验中的全尺寸航天器响应与在天上全箭振动时的航天器响应是否一致的问题,即振动试验的天地一致性问题。通常,航天器振动试验方法无法同时反映航天器在天上全箭振动时航天器和运载火箭(简称器箭)界面的加速度条件和器箭界面的安装边界条件,因而无法保证其实验结果的可靠性。对针对这一问题,于全尺寸航天器而言,如果让航天器和振动台(简称器台)界面的加速度等于在天上全箭振动时的器箭界面的加速度条件,就能同时自动满足航天器器台界面安装边界条件,由此就能求得全尺寸航天器在振动台振动试验中的解析解,精确等同在天上全箭振动中航天器振动响应。首先应用动态实验仿真技术,导出天上全箭振动响应模型及其解析解,包括:器箭界面的加速度条件和航天器内部加速度响应。然后让全尺寸航天器与振动台的界面加速度等于全箭振动中导出的器箭界面加速度条件,由此就能对全尺寸航天器振动台多维振动试验进行仿真,给出在振动台振动试验中全尺寸航天器响应的解析解结果,可以证明在振动台多维振动试验中全尺寸航天器响应的解析解等于在全箭振动中航天器响应的解析解。这一研究成果,为采用全尺寸航天器振动台多维振动试验方法来精确再现在天上全箭振动中航天器多维振动力学环境提供了完整的理论依据和实践指导。     

全尺寸航天器振动台多维振动试验的天地一致性研究(上)

地面振动试验中的全尺寸航天器响应与在天上全箭振动时的航天器响应是否一致的问题,即振动试验的天地一致性问题在文中得到分析。通常,航天器振动试验方法无法同时反映航天器在天上全箭振动时航天器和运载火箭(简称器箭)界面的加速度条件和器箭界面的安装边界条件,因而无法保证其实验结果的可靠性。针对这一问题,在文中指出,对于全尺寸航天器而言,如果让航天器和振动台(简称器台)界面的加速度等于在天上全箭振动时的器箭界面的加速度条件,就能同时自动满足航天器器台界面安装边界条件,由此就能求得全尺寸航天器在振动台振动试验中的解析解,精确等同在天上全箭振动中航天器振动响应。首先应用动态实验仿真技术,导出天上全箭振动响应模型及其解析解,包括:器箭界面的加速度条件和航天器内部加速度响应。然后让全尺寸航天器与振动台的界面加速度等于全箭振动中导出的器箭界面加速度条件,由此就能对全尺寸航天器振动台多维振动试验进行仿真,给出在振动台振动试验中全尺寸航天器响应的解析解结果,可以证明在振动台多维振动试验中全尺寸航天器响应的解析解等于在全箭振动中航天器响应的解析解。这一研究成果,为采用全尺寸航天器振动台多维振动试验方法来精确再现在天上全箭振动中航天器多维振动力学环境提供了完整的理论依据和实践指导。     

星箭力限试验条件设计研究

阐述了星箭振动试验过程中的过试验现象及其机理,分析了几种常用的力限试验条件设计方法。通过建立星箭分析模型,利用三种分析方法进行了星箭力限试验条件的计算,并与星箭耦合分析、振动台仿真分析结果进行了对比。表明如果两个子系统的有限元分析模型和外载荷在分析频段均可靠,直接通过有限元软件获得界面力和界面加速度,并进一步得出二者的转换关系,应更有应用价值。在有限元模型不可靠或星箭结构方案设计阶段,基于复杂二自由度模型的简化分析方法,可以较好地得到力限试验条件。     

探空仪分离冲击载荷下的减振问题研究

研究某型探空火箭的小质量有效载荷(探空仪)在分离冲击环境下的减振问题。首先进行了振源特性分析、减振方案设计、减振特性测试及验证,最终通过分离试验测试结果,验证减振方案的有效性。试验研究及测试结果表明:在低频冲击环境下,橡胶减震器应用于小质量有效载荷探空仪的减振效果不明显;在高频冲击条件下,探空仪的薄壁结构,适合使用约束阻尼层的减振方法,并经验证效果明显。     

约束阻尼层板的振动分析

约束阻尼层结构是一类利用阻尼层的剪切效应达到减振目的的结构。基于这一原理，本文分析了约束阻尼层板的振动。引入的位移模式中，考虑了附加部分对原结构运动的相对性和阻尼层的横向剪切效应，据此推导了约束阻尼层板的运动方程和边界条件。最后分析了简支矩形板的固有振动，讨论其振动特点。     

约束阻尼尼板的振动分析

约束阻尼层结构是一类利用阻尼层的剪切效应达到减振目的结构。基于这一原理，本文分析了约束阻尼层板的振动，引入的位移模式中，考虑了附加部分对原结构运动的相对性和阻尼层的横向剪切效应，据此推导了约束阻尼层板的运动方程和边界条件，最后分析了简支矩形板的固有振动，讨论其振动特点。     

复杂结构振动试验有效性分析

针对目前振动台试验中的"过试验"和"欠试验"现象,以星箭系统级结构简化缩比模型及卫星结构简化缩比模型为对象,从简单模型基础激励下的理论分析出发,研究了单卫星振动试验时界面响应及星上振动响应与系统级试验的差别,探讨了振动台试验出现天地不一致的原因及其合理应用范围。     

稳压器安装支架动态特性分析

为了研究稳压器安装支架定频振动激励下的动态响应特性,以某型号稳压器振动试验用安装支架为研究对象,建立了支架及稳压器的有限元分析模型,通过模态分析获得了结构前六阶的固有频率及振型,对稳压器定频振动试验过程中支架的动态响应进行了分析。结果表明,低频基础激励时支架存在一定放大作用,而高频基础激励时支架能够起到一定的减振效果,试验验证表明有限元仿真结果与试验结果吻合较好。为阀门支架设计及振动环境下工装动态特性仿真提供参考。     

带缘板阻尼块涡轮叶片减振特性研究

以某型带缘板阻尼块涡轮叶片为对象,采用二维整体-局部统一滑动模型,编制涡轮叶片振动响应分析程序。在此基础上系统地计算不同参数时带缘板阻尼块叶片的振动响应,分析了正压力、外激励对减振效果的影响。算例分析表明:同一外激励下,存在一最佳正压力可以使系统减振效果比较好;正压力不变时,外激励幅值大小的变化对叶片减振效果有较大影响;另外阻尼块对叶片起到调频作用。     

小卫星舱体结构粘弹性阻尼减振优化设计

航天器发射段动环境恶劣,需要考虑对结构进行阻尼减振设计。小卫星内部空间狭小,结构轻质化要求高,须采用自动优化设计方法进行阻尼处理敷设位置和几何参数同时优化。针对小卫星结构阻尼减振的要求,分析了初始无约束阻尼结构的动力学特性,确定出约束阻尼处理的部位;提出一种基于Layerwise有限元分析和多目标优化的粘弹性阻尼结构优化设计方法,采用非支配遗传算法求解优化问题,获得了同时兼顾附加质量和阻尼性能要求的优化结果。结果表明,对小卫星舱体安装结构进行局部粘弹性阻尼处理能够显著降低敏感设备的动响应,提出的优化方法能够同时实现阻尼敷设位置和几何参数的同时优化。     

Optimizing Control for Rotor Vibration with Magnetorheological Fluid Damper

The aim of this work is to analyze and design a control system for vibration reduction in a rotor system using a shear mode magnetorheological fluid （MRF） damper. A dynamic model of the MRF damper-rotor system was built and simulated in Matlab/Simulink to analyze the rotor vibration characteristics and the vibration reduction dfeet of the MRF damper. Based on the numerical simulation analysis, an optimizing control strategy using pat- tern search method was proposed and designed. The control system was constructed on a test rotor bench and ex- periment validations on the effectiveness of the proposed control strategy were conducted. Experimental results show that rotor vibration caused by unbalance can be well controlled whether in resonance region （70~） or in non- resonance region （30 ~）. An irregular vibration amplitude jump can be suppressed with the optimization strategy. Furthermore, it is found that the rapidity of transient response and efficiency of optimizing technique depend on the pattern search step. The presented strategies and control system can be extended to multi-span （more than two or three spans） rotor system. It provides a powerful technical support for the extension and application in target and control for shafting vibration.     

进气道AIP面测压装置加装方案研究

针对进气道/发动机相容性试飞中AIP上测量装置加装而引起过渡段变形问题,建立了过渡段径向形状变化评价指标并应用于工程计算,对比分析了过渡段上开孔、加装静压座、总压测量耙加装对过渡段径向尺寸的影响。结果表明:过渡段AIP面上加装测压装置使得过渡段径向尺寸偏离设计值及标准圆;焊接静压座会使过渡段径向尺寸发生较为明显变形,而铆接静压座则影响相对较小;总压测量耙采用两端约束的方案不会对过渡段径向尺寸造成较为严重的影响,但会有效地抑制测量耙的振动幅值。该结果已经应用于工程中,优化了测压装置加装方案。     

SMART STRUCTURES USING PIEZOELEMENTS FOR ACTIVE VIBRATION AND NOISE SUPPRESSION IN AVIATION AND AEROSPACE

具有减振降噪功能的压电智能结构是智能材料与结构的一个重要分支。在航空航天领域存在一些典型结构,如飞机机舱、空间站、卫星太阳能帆板和通讯天线以及直升机旋翼等,其振动与辐射噪声造成很多不利影响。为了研究这些结构的振动与噪声控制方法,制作了几个实验模型如大型薄壁复合材料圆桶、柔性梁、钢架及旋翼系统模型,通过压电传感器、驱动器布置数量和位置的优化,采用不同的控制算法,在基于个人计算机的测控平台上进行了振动控制实验,取得了明显的减振降噪效果。     

液滴碰撞超声振动曲面的实验研究

通过实验研究了超声振动曲面上液滴碰撞的动力学行为。对边缘飞溅、表面飞溅以及毛细波、空化和子液滴回弹等复杂物理现象的产生机理和条件进行了分析,得到了超声振动曲面上发生边缘飞溅的临界曲线,并发现由于气动力的作用,超声振动曲面上发生边缘飞溅的临界超声振幅要小于平面情况。利用图像处理技术得到了不同条件下超声振动曲面对碰撞液滴的驱离效率以及飞溅液滴的尺寸分布。实验结果表明:碰撞液滴的驱离效率随振动曲面超声振幅的增大而增大,且呈线性增长;在高速碰撞中,碰撞速度几乎不影响超声振动曲面的液滴驱离效率;随着超声振幅的增加,飞溅液滴的平均尺寸增加。通过常温液滴与过冷液滴的碰撞实验对比,发现温度对超声振动曲面上液滴的动态碰撞过程影响较小。在过冷条件下,液滴驱离效率会略低于常温条件下,但仍能够持续有效地将液滴驱离表面,从而抑制冰层的增厚,说明超声振动曲面具有防水防冰的应用潜能。     

圆柱-球体三自由度超声电机及其控制

研制了一种一阶纵振和二阶弯振模态组合的圆柱-球体三自由度超声电机。研究了其中两个自由度的运动轨迹跟踪控制策略,并将其应用于电机样机的控制。其中,运转速度的控制采用激励电压幅值调节法,针对位置控制提出了两种运动轨迹控制策略一种是逐点比较控制,另一种是矢量分解控制。本文提出了调节激励电压幅值的3种脉冲宽度调制(PWM)方法,对这些方法作了比较,并通过一系列实验得到验证。结果表明当改变激励电压幅值时,保持3个振动模态的相位差不变和激励电压信号不失真,是简化控制过程、提高控制性能的关键;矢量控制法效果较好,并有轨迹跟踪误差小、运动平稳和噪声小等优点。     

展向离散抽吸法控制边界层转捩实验研究

通过实验成功发展了一种生成大振幅稳定条带的有效方法,即展向离散抽吸方法。在此基础上,开展条带控制边界层转捩的研究。实验在水洞中进行,以零压力梯度平板边界层为研究对象,利用氢气泡时间线法观测引入条带前后人工激发转捩边界层中扰动发展变化,分析条带对转捩的控制效果及参数影响。结果表明,展向离散抽吸方法生成的稳定条带最大振幅可达28.4%U(U 为自由流速度);实验中引入的宽度14和28mm 的稳定条带都能起到抑制转捩的作用;条带振幅越大、宽度越窄,抑制效果越明显。研究结果为探索降低水/空气中航行器摩阻的新技术提供有价值的参考。     

跨声速风洞模型主动减振系统试验研究

为解决跨声速风洞测力试验模型的俯仰振动问题,研制了一套主动减振系统。该系统利用了模型/天平/支杆系统的响应特性,采用主动控制方法,以天平信号作为输入,采用速度负反馈,使用安装在支杆后端主动接头内的压电陶瓷作动器来抑制模型振动。地面试验结果表明,主动减振系统使模型/天平/支杆系统的俯仰一、二阶阻尼比分别提高20.8倍和12.8倍。风洞试验结果显示,法向力和俯仰力矩振动幅度分别下降71.0%和57.5%,风洞试验结果还表明主动减振系统对气动系数的影响相对较小。主动减振系统在多个模型的风洞试验中也得到验证,显示出良好的减振性能和模型适应性。     

星载即插即用协议转换模块的SOC设计与实现

微小型卫星即插即用技术的发展取决于不同总线标准接口设备能够快速集成到同一网络中的能力。SpaceWire总线技术是一种星载网络总线标准,已成为网络拓扑结构中的主干网络,而空间即插即用协议（Space plug-and-play architecture,SPA）是美国航空航天学会（American institute of aeronautics and astronautics,AIAA）在SpaceWire标准基础上为了实现快速响应计划而提出的微小型卫星即插即用标准。目前国内正在使用的卫星载荷的通信协议都是非SpaceWire接口的,比如许多小型卫星上的光纤陀螺载荷采用RS442串口通信标准,红外摄像头载荷一般采用1394b标准。本文研究了将1394b接口高速红外摄像头与RS422低速串口光纤陀螺接口集成到SPA网络的协议转换原理和片上处理器（System on chip,SOC）设计,并且在现场可编程门阵列（Field programmable gate array,FPGA）开发板上进行了软硬件验证。     

新型主减隔振装置隔振性能测试试验研究

为解决新研全尺寸主减隔振装置地面性能试验中由于试验件尺寸大、重量重和试验状态多等难点,同时缩短试验周期并降低试验成本,提出了一种通过实测动载荷传递率评估主减隔振装置隔振性能的地面性能试验方法,给出了试验方案、试验夹具安装、试验内容以及过程。通过理论分析和试验结果,验证了实测动载荷传递率试验方案的可行性,测试结果真实可靠,为后续类似的系统级全尺寸隔振性能试验提供了一种新的试验方法。试验结果表明:新型主减隔振装置对垂向、航向和侧向三向激励的隔振效率均超过了80%,达到了预期的减振效果。     

大比例主梁节段模型涡激振动风洞试验分析

节段模型风洞试验是预估大跨度桥梁主梁涡激振动响应的有效途径之一.大比例主梁节段模型(通常为1:15~1:20)几何尺度更大,试验雷诺数更接近实桥值,同时在模型加工制作方面也可更精确地模拟主梁细节.通过一扁平钢箱梁1:20大比例节段模型试验,优化了检查车轨道位置,分析了涡激振动典型现象如振幅、涡振区与阻尼、Scruton数关系,迎角与斯托劳哈数St关系,双竖向涡振区等,为节段模型涡振试验结果向实桥拓展提供理论与试验基础.