复合材料整流罩声学等效建模与低频隔声性能研究

运载火箭发射过程中的恶劣噪声环境会导致整流罩内部电子设备失效。开展整流罩的内声场环境预测以及隔声分析,对其降噪研究和优化设计具有重要意义。复合材料整流罩舱壁大量使用蜂窝夹芯板,基于蜂窝夹芯结构精细化模型开展整流罩内声场环境预示计算量大,无法适用。本文建立了复合材料蜂窝夹芯板的力/声学等效模型,并利用精细化模型验证等效模型的精度;进一步基于有限元-边界元方法对某整流罩结构进行低频声振分析;同时,对整流罩的隔声量进行了评价。结果表明:整流罩内声场在频率为160 Hz附近声学环境较为恶劣,整流罩的降噪研究应针对该频段进行。     

空间站在轨舱内噪声地面模拟与测试技术

文章针对空间站在轨舱内噪声特性,给出舱内噪声地面模拟与测试方案,采用声功率等效的方法对单机噪声源进行模拟,以多输入多输出(MIMO)控制方法实现舱内多噪声源闭环控制模拟。声场模拟1/3倍频程误差在±3 dB以内,满足扰源模拟需求。并在真空罐内模拟出舱活动泄/复压环节的噪声,搭建噪声测试系统,对泄/复压工况噪声进行了测试,总声压级在100 dBA以下。测试数据可为后期空间站单机噪声条件制定提供依据。     

Ka波段单通道调制器设计

在厚度为0.254mm、相对介电常数rε为2.2的RT5880基片上,设计一种基于MIC工艺的工作在Ka波段点频上的单通道调制器。该调制器由6dB耦合器和0/π调制器构成,主要用于天线方向校准系统。其和路插损3dB,差路插损12dB,0/π调制相位误差小于5°,0/π调制幅度误差小于0.8dB,各端口驻波比小于2:1,和路工作时载波信号对已调信号抑制比大于20dB,差路工作时已调信号对载波信号抑制比大于55dB,并满足星载设备高可靠性环境要求。     

扩散声场作用下C/SiC复合材料薄壁结构的全频段响应分析

为了获取复合材料薄壁结构在扩散声场作用下的全频段应力响应,在70 m~3混响室内进行自由状态下的C/SiC复合材料薄壁结构的噪声试验(总声压级140 dB),测试混响室内扩散声场以及结构的加速度响应。另,建立扩散声场与正交各向异性复合材料薄壁结构相互作用的有限元–统计能量(FESEA)混合模型,计算得到结构的加速度响应分布,计算结果与试验测试结果一致。同时,基于模态应力恢复方法获得结构的应力场分布,结果显示扩散声场作用下的复合材料薄壁结构的应力场分布与加速度场分布规律不同。通过分析复合材料薄壁结构的弯曲波长与声波波长之间的关系,揭示噪声载荷与结构的波长耦合效应。该FE-SEA混合模型计算的应力场可进一步应用于声疲劳分析。     

用于导航接收机的高线性度可编程增益放大器

针对导航接收机的系统要求,设计一个高线性度、宽增益变化范围由吉尔伯特电路和电流反馈放大电路组成的可编程增益放大器。放大器在SMIC 0.18μm CMOS工艺下实现,增益控制范围为-11dB～40dB,步长为1dB,3dB带宽为60MHz;当输出差分峰峰值为1V时,三阶交调失真在-65dB以下;电源电压为1.8V时,最大功耗不超过3.5mW。     

基于疲劳损伤分析的振动试验控制误差评价

振动试验的控制误差满足容差要求是试验研究的必要条件,然而满足容差要求的振动试验未必是有效试验。文章研究了几种典型的振动控制误差模型条件下结构疲劳损伤评价结果的变化规律。通过基于模态叠加获得的随机振动响应分析结果,建立了加速度控制误差与响应应力波动之间的关系;应用疲劳损伤的线性累积模型,评价应力波动造成的结构疲劳损伤变化。数值模拟结果表明,同样为±3 dB的控制容差,不同的误差模型对应的结构振动疲劳损伤最大可能相差两个数量级以上。     

航天器蓄电池放电发热量测试方法系统误差分析

蓄电池发热量是航天器蓄电池热控设计的重要参数,其测试准确度直接影响热控设计状态和在轨工作温度。文章采用真空绝热量热法对蓄电池发热量测试系统进行了漏热分析,并给出了修正方法;以模拟蓄电池为研究对象,分析了蓄电池发热量测试误差,并提出了改善系统测量准确度的解决方案。结果表明,当放电时间大于1 h,航天器蓄电池发热功率在2~25 W范围内时,测试误差不超过6%,且发热功率越大误差越小;当发热功率大于10 W时,测试误差不超过3%,可以满足工程要求;对于发热功率较小(绝对值小于0.5 W)的小电流放电或充电,测试误差较大,但绝对值仍然较小,对实际工程影响不大。     

热噪声试验中平板温度边界层对近壁面声压分布影响数值分析

为了研究高温平板隔热试件附近温度边界层对近壁面声场的影响,进而对地面模拟试验条件进行适当修正,文章首先构建了热噪声试验中声波穿过温度边界层的简化模型,运用边界层积分法得出常温气体掠过高温壁面时温度边界层内的温度分布;在此基础上,采用有限差分法求解平面波入射非均匀介质时的散射问题,得出高温平板近壁面声压分布。结果表明,温度边界层使近壁面声场发生衰减,在入射声波频率为10 000 Hz时比无温度边界层情况下声压级减小约3 dB,使实际声谱偏离试验条件。     

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。     

基于模态试验和冲击响应试验的模型动力学参数修正

为通过数值仿真计算方法准确预测冲击响应,基于模态试验和冲击响应试验,对响应板的碰撞冲击过程进行动力学参数修正。模态试验过程,通过响应面优化的方法对响应板的弹性模量、泊松比、厚度参数进行优化,优化后的固有频率计算值相对误差在±2%以内。冲击响应试验过程,冲头冲击高度6.3 cm条件下,对试验和数值仿真的响应谱曲线进行误差评价;基于响应谱各分析频率点均方根误差最小的优化目标,通过曲面拟合得到最优的质量阻尼系数和刚度阻尼系数。动力学参数修正后的模型在3个不同冲击高度条件下的冲击响应谱预测中,大部分频率段的误差在±6 dB以内,显著提高了预示精度。     

运载火箭起飞噪声环境缩比模型试验方法

基于相似理论建立缩比模型试验相似准则,提出了火箭发动机喷流声场试验预示方法的流程。通过缩比模型系留点火试验,根据几何相似、喷流参数相似、发射环境相似来预示起飞噪声环境,在国内首次给出了运载火箭表面的噪声环境的空间相关特性,结果表明预测结果与遥测数据之差小于1.5 dB,校验了缩比模型方法的有效性。缩比模型方法对于我国新一代运载火箭的起飞噪声环境预示、噪声载荷设计、地面试验具有重要意义。     

空间站舱内噪声仿真、验证与声源布局优化

文章开展了空间站舱内噪声仿真研究,给出了声学参数设置方法,使用FE/FEM耦合方法和SEA方法完成了空间站模拟舱建模仿真分析,设计了模拟舱噪声验证试验,提出了基于声功率等效的声源模拟技术,证明了两种方法结合可在全频段较好地预示空间站舱内噪声环境,仿真总声压级与测试结果偏差在2 d B以内。最后对空间站的声源布局进行了优化分析,结果表明集中布局更有利于降低噪声水平。     

液体火箭发动机声振环境试验及统计能量分析研究

对试车台上某型液体火箭发动机单机试车时发动机产生的喷流噪声和发动机上方目标声场进行了多次测量,并基于统计能量分析方法建立了该箭体-火箭发动机系统的声振分析模型,以试验和计算相结合的方法对有效载荷舱目标声场进行仿真计算,并和试车台上目标声场测试结果进行了对比分析,两者具有较好的一致性,表明该分析方法在中高频进行结构声振预示的可行性。     

载人飞船泄复压过程中轨道舱的噪声环境试验研究

为了考察航天员对载人飞船泄复压过程中轨道舱内噪声环境的适应性,在KM6水平舱进行了相应的模拟试验,对轨道舱中的噪声环境进行了试验测量与研究.试验结果及航天员的实际感受表明,泄复压过程中轨道舱内的噪声环境满足要求,产生的噪声对航天员不会造成伤害.     

900m~3混响室及其声源的声学特性的工程研究

文章对900 m3混响室及其声源的声学特性进行了实验研究,并用工程方法测试计算了混响时间、声功率以及声源的频率特性,对一些实验结果进行了探讨。根据声压级的衰变量与时间的线性关系,利用突然断开声源的方法计算了混响时间,并由混响时间讨论了参考声源功率谱下混响室谱成形能力问题。分别以混响室法和近似行波场法测算了声功率,指出两种方法的区别与联系。利用近似行波场法,以白噪声信号驱动音头评估了其频率特性。通过实验数据分别探讨了混响室统计频率与号筒声损耗问题,提出“统计频率下限”与号筒声损耗的估算方法。该项工作还有待深入研究。     

高声强声场模拟装置设计与声试验1/3倍频程控制技术研究

为了提高混响室声场模拟能力,北京卫星环境工程研究所自研一套高声强声场模拟试验设备。文章介绍了该设备的行波管发声系统设计和消声降噪处理过程——行波终端设计以及声试验控制仪器的原理。经过调试试验验证,测量结果满足声压级165 d B行波声场的要求,行波管试验段性能良好,达到167.9 d B,消声道出口噪声能够满足环境模拟需求。     

固体发动机静止试验噪声分析的新途径

喷流噪声和气动噪声引起的声振是固体发动机静止试验时最严重的振环境。噪声分析通常是用精密声级计和滤波器，倍频程谱分析需用１１个档位的滤波器，１／３倍频程则需用３４个档位的滤波器。     

航天器在轨气体泄漏流场及声场特性仿真研究

航天器在轨运行安全受到空间碎片威胁,一旦发生泄漏必须及时发现与修补。泄漏流场及声场特性是声学泄漏检测的重要基础。为探究航天器在轨气体泄漏流场及声场特性,文章通过LES模型及Lighthill理论建立泄漏的流体动力学及声场模型,并进行仿真研究。针对不同孔径的漏孔,明确了泄漏模型的速度分布及声场特征,结论可为航天器在轨声学泄漏检测提供理论依据。     

非接触式超声泄漏检测系统设计及试验验证

非接触式超声泄漏检测方法在国外已应用于载人航天器在轨检漏。文章基于气体泄漏超声产生机理及声压与泄漏量的关系,搭建了一套超声泄漏检测系统,研究了泄漏判断及漏孔评估算法,并进行了综合试验测试。结果表明,该方法能有效地对泄漏是否发生进行判断,并可粗略评估泄漏量的大小和漏孔直径,为我国空间站密封舱在轨泄漏检测提供参考。     

载人航天器生活舱内湿度场的稳态数值模拟

研究载人航天器生活舱内部的湿度情况具有重要意义。由于生活舱设备外形和结构相当复杂,难以建模,因此按照速度梯度、湿度梯度较大的优先原则,合理选择简化舱体结构及舱内设备。采用基于有限元网格的控制容积法对计算区域离散,对离散方程组求解得出水汽质量浓度分布后,结合舱内温度场通过一定的转换关系最终得到了生活舱内部的湿度分布。数值分析结果表明生活舱内处于相对湿度较高的状态下,提示还需进一步采取措施以改善舱内湿度水平。