弹载惯测组合加速度计振动响应影响因素研究

针对弹载惯测组合加速度计面临振动环境下测量精度超差问题,构建弹体-惯测组合的两自由度动力学分析模型,配合有限元仿真手段,从全弹结构和惯测组合内部结构两部分进行分析.研究了减振垫刚度、惯测组合内部架构固有频率特性以及加速度计布局等因素对弹载惯测组合振动响应的影响机理.提出的设计准则包括:降低减振垫刚度有利于减小加速度计的振动响应,但需要避免弹体-惯测组合两自由度系统固有频率过于接近;设计保证质心接近惯测组合减振中心,在存在质心偏心时,需减小加速度计到惯测组合减振中心在垂直于激励方向的距离;优先保证惯测组合内部架构基频高于外部激励的最高频率,如无法实现,需保证内部架构线角耦合频率高于外部主要激励的最高频率.     

捷联惯组空间五点减振的振动耦合分析

针对某型光纤(FOG)捷联惯组(SINS)的轻量化设计要求,采用了空间五点减振的布局方案。基于弹性中心理论计算了空间五点减振系统的弹性中心和偏心量,在捷联惯组存在质心偏移的情况下,增设第五点减振器可以将减振系统的弹性中心和捷联惯组惯性测量系统质心之间的偏心量减少到1.42mm。从刚体动力学出发对振动耦合的解耦条件进行了讨论,指出捷联惯组在惯性主轴偏移的情况下,空间五点减振系统无法实现角振动的解耦,但是通过调整IMU结构布局的质心,或通过调整减振器的刚度比,都可以实现线振动和角振动的解耦。用有限元方法对上述两种解耦方案下捷联惯组的冲击响应进行了计算,仿真结果表明,调节质心和调整减振器刚度两种方法对于降低IMU振动耦合的效果均较为理想,由线冲击引起的角振动降低了约29~100倍。     

惯组飞行角振动环境测量与环境条件设计

在多维振动环境下的惯组动态导航精度试验是考核惯组在接近真实飞行环境下精度指标能否满足要求的重要试验,如何合理制定多维振动环境条件一直是型号面临的难题。本文提出了一种火箭飞行中惯组角振动环境的测量方案,通过多个振动传感器的合理布置方式,并进行数据分析处理,实现了利用普通振动传感器测量飞行过程的角振动环境。应用此技术,在某型号飞行试验中首次成功获取惯组在主动段和再入段飞行的角振动环境,制定出了接近真实飞行状态的多维振动环境试验条件,避免了以往仅凭经验制定试验条件带来的风险。     

航天器精密设备隔振问题的功率流最优化研究

空间开发及探测活动使航天器及其所携带的精密设备置于非常复杂的力学环境之下，为此，隔振技术在航天技术领域得到了广泛的应用。本文针对航天器上典型隔振问题，建立了隔振系统振动功率流响应特性分析模型；并以减振器安装界面的振动功率流为综合控制量，以减振器的特征参数为优化变量，分别建立了单目标和多目标加权的优化模型；最后，以一多自由度集中参数模型为例，研究了该隔振系统振动功率流响应特性及减振器系数的优化问题，计算结果不仅验证了模型推导的正确性，并且表明，功率流分析方法能够独到地预示隔振系统振动能量的分布特性，基于振动功率流的减振器动力特性的参数优化设计可以有效地改善隔振效果，具有一定的工程意义。     

正弦扫频速率对结构响应的影响分析

正弦扫频振动试验是考核飞行器结构在低频段性能的重要手段,工程人员亦可根据扫频激励下的结构响应信息对有限元模型进行修正。但正弦扫频振动是非稳态振动,尤其在共振区,结构响应特性与软件预示的稳态响应特性间存在差异,不利于模型修正。文章通过数值积分方法研究单自由度系统在正弦扫频激励下的响应特性,发现在正弦扫频激励下,系统最大响应减小、峰值频率发生偏移;而后推导了一个量纲为1的扫频参数η,得到了结构响应特性与η的近似关系式。使用此关系式,可在正弦振动前根据试验精度需要设置合理的扫频速率,也可在试验后对得到的结构响应数据进行修正。     

航天用新型金属橡胶减振器试验研究

金属橡胶减振器是一种新型减振器,它具有高阻尼特性和多自由度减振功能,能达到特殊的抗振需要.我们研制了一种用于航天仪器防振系统的仪表盘减振器,文章对其结构、刚度、阻尼、传递率进行了理论分析和计算.从动态分析表明,谊减振器各项指标,特别是抗冲击和随机振动性能,能很好的满足设计要求。     

基于扰动补偿自适应的Hexapod微激励系统低频振动控制

为研究微振动对航天器上有效载荷的影响,以Hexapod平台为基础,设计多自由度微激励系统。常规的经典控制算法难以满足Hexapod多自由度微激励系统的精度要求;自适应控制算法虽然对处理此类问题具有天然的优势,但因被控对象相位延迟而引入的稳定条件限制了其在工程上的应用。文章结合线性自抗扰技术,提出了一种扰动补偿自适应控制算法,将被控对象相位滞后特性看作内扰,运用扩张状态观测器与外扰一同进行观测补偿,使系统输出信号与期望信号一致。将该算法应用于Hexapod多自由度微激励系统进行仿真和实验,验证了其可有效复现所需频带高精度正弦微振动信号,显示出实际工程应用价值。     

随机激励下惯导支架结构参数优化

建立了基础激励下惯导装置振动响应的双自由度随机振动分析模型。分别用解析法和数值法推导了惯导系统加速度均方值的计算公式。以减振支架结构参数为控制对象，通过遗传算法和罚函数法进行了优化设计。分析显示，对复杂系统数值法的计算更为容易。仿真结果表明，两种方法的计算结果相近。     

多自由度微振动环境时域波形复现的数值仿真

为满足航天器微振动环境模拟的需要,开展了多自由度微振动时域波形复现控制方法研究。首先,介绍了基于时域波形复现的多自由度微振动环境模拟控制理论方法。其次,针对六自由度微振动激励系统,应用MATLAB软件建立了基于实测传递函数矩阵的多输入多输出微振动激励仿真系统,针对微振动时域波形复现闭环控制过程进行了算法编程,并给出了仿真的闭环控制流程图。最后,通过算例对多自由度微振动时域波形复现进行了数值仿真,以给定的白噪声为输入,模拟对实际存在的系统非线性、测量误差等影响因素的控制效果。仿真结果验证了多自由度微振动时域波形复现控制方法的可行性及有效性,所得结论可以为研究多自由度微振动时域波形复现控制系统提供参考。     

激光捷联惯导减振系统设计与应用

针对激光陀螺捷联惯导系统在地面动态导航测试中圆概率误差偏大的现象,要求给激光陀螺捷联惯导系统设计出性能优良的减振系统。分析激光惯导的振动模型,结合对比原有惯导减振系统提出双层减振。在对双层减振系统的分析中,把整个安装支架作为减振系统的一部分,充分考虑弹载设备的可安装性,应用有限元法设计出动态性能良好的安装支架和减振器来改善减振效果。通过地面大量振动试验的验证以及反复对支架和减振器参数的优化设计,使得新构建的减振系统的谐振频率避开激光陀螺的机抖频率以及其它需要减振的频率段,减振效果达到了预期的设计要求,可以在飞行器上使用。     

基于随机振动响应的结构非线性参数识别

复合材料结构呈现出典型的量级非线性特征,非线性刚度的研究是结构设计和分析的基础。结构使用环境多数存在随机振动载荷,在更接近真实使用环境下对非线性参数的识别结果更加适用。文章提出了基于随机减量法和连续小波变换的非线性参数识别方法,设计了基于随机振动响应的非线性刚度识别程序;通过立方刚度单自由度非线性系统算例,验证了识别方法和程序;并通过试验研究了典型复合材料结构的量级非线性特征。结果表明,基于随机减量法和连续小波变换的非线性参数识别方法具有较好的识别精度,多自由度系统不同谐振阶次的非线性特性存在差别。研究结论对于随机振动环境下结构非线性参数识别和建模具有一定的参考价值。     

六自由度激励台精密高刚度铰链结构设计与试验应用

精密高刚度铰链作为六自由度并联激励平台中的关键组件,其性能高低对激励台的控制精度有直接影响。针对铰链所需满足的高刚度、高基频和无间隙等要求,文章提出了基于虎克铰结构的铰链设计方法。首先根据铰链所处的工况确定选用圆锥滚子轴承作为旋转支撑部件,并通过对轴承的配置和预紧实现无间隙振动运动的要求,从而确定了铰链结构形式。然后,利用有限元法校核了结构的刚度与基频,进而完成铰链结构方案和样机制造,并将样机集成于激励台中。最后,开展了铰链动态特性试验和激励台振动控制试验,分别获取了铰链的基频和激励台控制响应。结果表明,铰链可满足激励台工作频段内的使用要求,铰链设计合理。     

限位弹性-阻尼元件设计及隔振效果研究

为改善发射过程中卫星的动力学环境以保证卫星及其精密仪器的正常工作,设计了一种由限位弹性-阻尼元件构建的新型隔振器。用MSC.Marc非线性分析软件建模,由动力学仿真模拟分析简谐、随机激励下的系统响应。结果表明:加装隔振元件后,隔振系统的振动位移振幅、位移传递率和加速度传递率较原始系统大幅降低。     

某型号仪器舱组合体联合动强度试验方法

针对某型号导弹仪器舱组合体结构和设备的联合动强度考核需求，开展组合体的动强度试验方法研究:设计专门的气瓶过载弹性加载装置，实现了气瓶过载力的等效模拟；通过整舱振动试验边界模拟和传递特性分析，验证了噪声激励振动传递与机械振动传递的差异性，提出采用大刚度模拟边界代替级间段真实边界与仪器舱组合进行联合动强度试验的方法；针对3个重点结构部段提出各自的试验条件，并通过预试验和归一化输入响应的比较分析确定了舱段不同部位结构和设备的联合考核方法。该试验方法可以有效模拟由发动机脉动和气动噪声引起的声振环境，避免产品过试验，达到对舱段结构及设备的动强度考核和设备支架动特性及放大倍数评估的目的。     

利用气浮技术进行贮箱晃动试验方法研究

针对某型号大容积贮箱,其晃动特性直接影响到整个系统的动力学特性及轨道控制系统。为了获得该贮箱不同工况下的一阶自由晃动频率,首次提出利用气垫悬浮技术进行贮箱晃动试验的新方法,利用该方法设计出一整套试验系统,该系统包含试验件、激励系统、气浮控制系统、数据采集系统及加注排放系统等。使用试验系统开展不同工况条件下的液体晃动试验,并用CFD软件对该贮箱进行时域分析,结合傅立叶变换最终获得仿真结果。分析比较晃动试验结果、理论计算结果及CFD仿真计算结果,结果显示3种结果一致吻合,测试系统的可靠性和理论CFD仿真结果的正确性均得到验证。     

惯性测量组合误差系数的时变分析与建模

为了提高惯性测量组合误差系数的标定精度,对惯性测量组合一次通电条件下多次测量的误差系数通过平滑滤波和最小二乘拟合等方法进行分析处理,建立了时漂误差模型。结合某惯性测量组合的相关计算结果,证明了时漂系数更能反映误差系数一次通电条件下的变化规律。     

一种系统级多维振动试验技术

与传统一维振动试验相比,多维振动试验能更加真实地模拟实际振动环境,有利于暴露潜在缺陷。研究了一种采用4个振动台、分别从水平和垂直方向施加激励的系统级多维振动试验技术,并阐述了该试验系统的总体设计、机械解耦技术、多维振动控制技术和夹具设计技术。通过运用三维建模、动力学分析和优化设计等手段,自主研制了系统样机并开发了振动控制软件,在国内首次实现了4台电磁振动台两轴向的同时激励。对关键技术的验证试验表明,采用的各项技术满足试验需要,各项指标满足设计要求。     

多维虚拟振动试验系统设计及应用

虚拟振动试验能在产品设计阶段对其进行结构动力学分析和振动环境预评估,缩短产品研制周期,节省研制费用.本文完成了振动台机电耦合建模、刚体建模、试件有限元建模和闭环控制系统设计,建立了三维虚拟振动试验系统,开展了一维和三维正弦扫描虚拟振动试验技术研究.仿真结果表明：振动台机电耦合模型的频率特性与实际振动台的试验数据吻合;激振方向会对试件的加速度响应产生显著影响;与一维振动试验结果相比,多维虚拟振动试验不仅能明显提高故障激发效率,而且可以激发试件的高阶局部模态,使其高频段内的最大动应力曲线出现多个较高峰值且幅值增幅明显.