航天器组件声振组合环境试验与仿真技术

研究了某航天器太阳电池板的声振组合环境试验技术,并使用FE-SEA混合方法和耦合FE/BEM方法建立了太阳电池板的仿真模型,进行了声振组合激励下的响应仿真预示。仿真结果和试验结果的对比分析结果表明:声振组合试验对航天器组件的考核更充分;耦合FE/BEM方法更适合进行低频响应分析,而FE-SEA混合方法在中高频段更具优势,且两种方法的仿真预示响应和试验结果基本一致。     

复杂航天器结构火工冲击环境预示方法研究

针对复杂航天器结构在宽频、瞬态火工冲击载荷激励下其响应难以预示的问题，以某型复杂卫星结构为研究对象开展了火工冲击环境预示方法研究。首先，推导了基于加速度频响函数(FRF)的虚拟模态综合法(VMSS)的理论公式。对于复杂卫星结构各子系统动力学特性存在较大差异的特点，建立了有限元-统计能量分析（FE-SEA）混合模型，并进行响应计算，获得了加速度频响包络曲线及模态数曲线，为虚拟模态综合法的响应预示提供输入。然后，对复杂卫星结构推进舱底板和侧板的火工冲击响应进行了计算分析。最后，将计算结果与整星火工分离冲击试验结果对比发现两者基本保持一致。研究结果表明，联合FE-SEA混合建模技术和虚拟模态综合法能够对复杂卫星结构火工冲击环境进行较为精确地预示。     

星载复杂组件随机振动试验载荷设计方法改进

针对现有的复杂组件随机振动试验载荷设计方法在某些加载方向常给出远大于实际数值的载荷预示,而难以满足组件研制单位的载荷裁剪需求的问题,文章提出了一种改进的载荷设计方法,将随机激励功率谱密度描述为关于组件质量的系数含待定参数的分式函数,并利用总均方根加速度实测值确定待定参数。对比了改进方法与两种现有方法对典型组件随机振动载荷的预示精度。结果表明,改进方法可以显著降低预示误差,从而为星载复杂组件结构与机构优化设计提供合理的约束条件。     

小卫星声-振联合试验耦合响应分析及预估

卫星在主动段承受发动机脉动推力和气动噪声激励复合作用下的振动环境。以整星模型为试验对象,分别开展了卫星的振动台随机振动试验、噪声试验和声-振联合试验。对3组试验结果的对比分析发现,声-振联合试验中,基础激励和噪声激励对不同结构处响应在低频段和中高频段具有不同的影响规律。在此基础上,提出了一种工程应用方法,即用振动台试验和噪声试验的响应极值包络法以及线性叠加法以预示声-振联合试验的响应。     

卫星产品声振组合试验技术研究

文章开展了声振组合试验技术的初步研究,探讨了卫星产品声振组合试验的控制方法,并以面积质量比大的卫星舱板产品为例研究了噪声与随机振动组合试验条件确定方法。结果表明:在进行噪声与正弦振动组合试验时,应先启动振动试验控制,后启动噪声试验控制,且正弦振动控制应采用滤波处理;在进行噪声与随机振动组合试验时,噪声激励与随机振动激励正常启动后,相互之间影响很小,可以按照要求的条件施加激励;对于面积质量比大的卫星产品,在结构上同时施加随机振动载荷和噪声载荷,声振组合试验考核更加合理。     

某航天器姿态控制机组随机振动响应分析

根据结构件宽带随机振动原理,用NASTRAN有限元分析软件对某航天器姿态控制机组的随机振动应力进行了动力学分析。用大质量法模拟基础加速度激励,用模态法计算频率响应。分析表明,计算值与试验结果基本一致。该分析法可在设计阶段用于预示产品的随机振动响应。     

某平台卫星发射及在轨力学环境测量与分析

为获取航天器准确的发射及在轨力学环境数据,设计了一套具有数据采集、存储和传输功能的星载测量系统。利用该系统对某大型平台卫星发射飞行过程进行了测量,获取了星箭界面及卫星结构典型位置在发射主动段的正弦振动响应、随机振动响应、冲击响应及在轨微振动的环境数据。将测量数据与星箭载荷耦合分析结果、地面力学试验结果进行了详细对比,结果表明:星箭载荷耦合分析的结果在星箭界面处横向相对准确,而纵向在有限频段准确,其他频段及星上分析结果均大于测量结果,即存在极大裕度;地面试验结果大于测量结果,意味着有较大的裁剪设计空间。测量数据对后续卫星模型修正、试验条件设计、相似平台卫星抗力学环境优化、部组件设计等均具有重要的参考价值。     

基于传递特性的航天器在轨冲击环境预示方法研究

实际飞行实验中,经常需要较为精确地确定高频激励作用下航天器某结构部位的冲击响应,统计类预示方法速度快但误差较大;数值类预示方法较为精确,但计算规模大、耗时长,且很难考虑冲击源和结构传递等偏差的影响。文章参考振动传递函数的定义和性质,建立了基于结构传递特性、用已知结构点的冲击环境预示相关结构冲击环境及其分布的方法;利用某火工分离试验冲击测量结果,验证了该方法可快速、准确预示指定部位的冲击环境。     

激励频段对航天器随机振动载荷的影响

在航天器随机振动等效准静态载荷计算中,高频因对随机振动载荷的贡献较小而可以被截去,但目前截止频率的选择还未有完全确定。为确定随机振动环境下的计算频段,文章设计了不同动态特性的组件进行不同截止频率的随机振动试验,并根据试验数据分析研究了不同特性组件在不同振动频段下应变的变化规律。研究结果认为,对于一般组件,随机振动的计算截止频率可取为组件主频率的1.5倍。针对非均匀输入加速度谱的随机振动载荷计算问题,文章提出分频段的分析方法。按3个基本频段计算随机振动载荷,分析得到了不同频段对总随机振动载荷贡献大小和规律,以及截止频率误差的影响因素和影响大小。算例表明,分频段法可以用于不同状态输入加速度谱的随机振动载荷计算。     

小卫星随机振动特性分析与试验验证方法探讨

通过试验数据分析了小卫星随机振动响应特性,探讨了组件质量与小卫星随机响应的变化关系,并提出了地面随机振动响应与板面密度关系的一个经验公式。针对某小卫星发射过程中测量得到的主动段振动数据,分析总结了小卫星的主动段振动特性,着重探讨了小卫星主动段振动特性与地面试验的振动特性差异,给出了修正地面试验验证的一些建议。     

基于FE-SEA方法的航天器含支架组件噪声分析

安装在支架上的航天器设备的随机环境条件的制定一般是以经验为基础,并通过试验结果修正,而对于全新构型的航天器,其设备的随机环境条件的制定则只能依靠试验。鉴于目前没有一种成熟的分析方法能在航天器研制初期得出设备安装界面处的噪声响应,文章提出采用FE-SEA 方法,将含支架组件和航天器结构本体看成互相独立的两部分,分别采用不同子系统建模,并以“嫦娥三号”某推力器组件噪声试验数据进行了验证。分析结果表明,含支架组件和航天器结构本体分别采用FE 和SEA 子系统建模,可准确地获得设备安装界面处高频噪声响应,结合低频噪声分析,可作为制定设备随机环境条件的参考。     

航天器声振力学环境预示与验证

针对航天器声振力学环境预示的难题,开展大型复杂航天器声振力学环境的预示方法研究和试验验证。首先结合航天器声振力学环境的特点,研究采用混合有限元-统计能量分析（FE-SEA）方法建立航天器声振预示模型的关键技术,在此基础上建立整星级和系统级航天器（整流罩-卫星-仪器舱-适配器组合体）的混合预示模型,最后将预示结果与噪声试验数据进行对比,验证了预示方法和模型的有效性,并基于分析结果探讨影响航天器声振力学环境预示精度的关键环节。     

航天器中频力学环境预示研究进展

中频声振力学环境严重影响着航天器的可靠性和安全性,具有响应复杂、预示难的特点,因此航天器结构的中频动力学问题是当前研究的难点和热点。文章介绍了三类主要的中频预示方法,即改进的确定性方法、改进的统计能量法和混合法的基本理论和应用现状。结合航天器工程需求,对比和分析了几类中频预示方法的计算效率、应用前景和理论局限。最后,提出采用有限元与统计能量分析(FE-SEA)混合法作为国内航天器中频力学环境预示方法,并指出了FE-SEA混合法的研究方向。     

航天器随机振动试验振动台驱动力估算方法

文章针对航天器复杂随机振动条件下(尤其是试验前)推力难以估算的问题,基于模态参与的思想,结合航天器随机振动的特征,对模态参与法进行改进和算法简化。改进后方法的验证结果表明,在白噪声激励条件下其计算结果与模态参与法吻合,而且能够计算模态参与法不能计算的非白噪声激励条件的随机振动载荷。文章还提出了能在工程中快速使用的三频段法,并通过型号验证了其可行性。     

航天器基础激励SEA建模方法

针对航天器力学环境试验中随机横向基础激励高频预示技术开展了建模方法的研究。首先建立典型结构的有限元模型并开展仿真计算,获取背地板面内振动数据、连接环弯曲振动数据及振动台横向振动数据;进而分别建立背地板受纵向振动约束载荷、连接环受弯曲振动约束载荷的SEA模型,并将有限元计算结果作为激励源数据,利用统计能量分析（SEA）方法开展仿真分析,得到了航天器横向基础激励SEA建模的一般方法和步骤。研究表明:横向基础激励下,可将环境试验中获取的振动台数据以弯曲波的形式施加到连接环上,进行航天器高频响应SEA预示。     

基于混合FE-SEA方法的航天器支架车声振响应影响分析

支架车是航天器声振试验中的重要地面支撑设备,需要对其在航天器声振预示中的影响展开研究。文章基于混合FE-SEA 方法建立不同工况和不同航天器声振模型,研究了支架车对航天器结构的声振响应的影响。分析表明安装支架车后主要对系统的低阶模态的声振响应影响较大,对高阶模态的响应影响可以忽略。该结论可为复杂航天器的声振模型简化提供指导。     

基于实测数据的随机振动疲劳寿命预测方法

为研究随机振动载荷下构件的疲劳特性,采用振动台对试件开展随机振动疲劳试验。通过对试件应变计改装,完成试验过程中试件应变响应载荷测量,并实现试件疲劳过程的实时监测,准确获取了试件疲劳时刻。基于实测时域数据,结合雨流计数法和线性累积损伤理论,预估3种量级下试件的随机振动疲劳寿命。预估值与试验值对比均在3倍分散带内,验证了上述随机振动疲劳寿命预测方法的可行性及有效性。后续可通过载荷数据的实测开展危险结构件的疲劳失效监测及寿命预测。