航天器火工冲击环境分析预示方法研究综述

航天器火工冲击力学环境问题是一个宽频、瞬态和强非线性的冲击动力学问题。火工冲击响应的预示涵盖结构动力学、冲击动力学、爆炸力学、高应变率材料力学行为等多学科理论。目前,工程上尚无统一、有效的预示方法。在航天工程中,航天器及其组件冲击环境条件设计以及系统级和单机缓冲设计,都迫切需要能够准确预示航天器的火工冲击响应。文章对国内外航天器火工冲击响应机理进行综合理论分析,并在系统调研分析预示方法的基础上提出了航天器火工冲击响应预示研究的重点和难点。     

航天器火工冲击环境防护技术现状与应用

火工冲击环境是航天器经历的最恶劣的力学环境之一,尤其以航天器与运载火箭分离时最为恶劣。火工冲击环境会影响有冲击敏感元件的设备甚至航天器的正常工作,严重时可导致发射任务失败。因此,有必要研究火工冲击环境的防护措施。文章分析了火工冲击环境特点及载荷组成,阐明了火工冲击载荷来源、作用机制及防护原则,分析了航天器系统级和部件级火工冲击防护措施的现状,在调研国内外航天器火工冲击防护措施最新进展的基础上,提出了我国航天器火工冲击防护技术的研究方向及应用建议。     

航天器火工冲击环境数据外推技术研究

为了制定可靠的组件冲击试验条件,需要预示航天器火工冲击环境。在分析了航天器火工冲击环境预示的三类方法,包括试验法、数值分析法和数据外推法的基础上,详细总结和分析了数据外推法的国内外研究进展,并通过理论推导提出了新的数据外推公式;以大量火工冲击测量数据为参照,通过对比分析证明该数据外推公式比NASA和ESA的数据外推公式在中高频段上具有更好的预示精度和数据包络性,并且在理论上具有更宽的适用范围。所介绍的火工冲击环境数据外推技术可用于航天器组件冲击环境的快速估算,并为制定冲击试验条件提供参考。     

航天器电子产品抗火工冲击环境设计方法

根据航天器火工冲击载荷特点及结构传递和响应特性,梳理了航天器电子产品常见的冲击失效模式以及火工冲击载荷的减缓和隔离措施,通过对电子产品复杂结构进行简化,给出了冲击载荷作用下电子产品冲击响应计算和刚度计算方法。文章提出了电子产品在设计阶段进行抗火工冲击环境的设计方法,试验结果表明:给出的抗火工冲击设计方法正确且流程合理,可以作为同类电子产品抗冲击环境能力评估的参考。     

太阳翼电爆释放冲击载荷的仿真分析和试验验证

国内航天器太阳翼的压紧释放装置绝大多数使用火工切割器作为释放的动力源,当火工切割器起爆时,会产生很大的高频冲击载荷,对压紧点附近的设备造成很大的影响。为此,文章以国内典型航天器太阳翼压紧杆式压紧释放装置为研究对象,对其冲击载荷进行分析,提出了一种仿真基础模型,通过评估火工切割器的起爆能量,避开较难分析的冲击源起爆过程,得到各个测点的冲击载荷。冲击载荷的仿真结果与试验结果进行比较,验证了仿真基础模型的有效性,并提出重点考虑火工切割器安装螺钉的建模,从而对基础模型加以修正。     

航天器火工分离螺母的火工冲击环境数值仿真研究

为了研究航天器分离时火工分离螺母产生的火工冲击环境特性,了解火工冲击载荷的机制和特点,直观观测应力波在结构材料中的传播过程,使用LS-DYNA非线性有限元程序模拟了火工分离螺母的动态分离过程,给出了典型响应及输出载荷,并通过火工分离螺母-结构一体化仿真得到了星箭界面载荷,为航天器火工冲击环境防护设计提供更加真实的输入条件。     

一种航天器火工冲击源建模和分析方法

为解决航天器火工冲击力学环境预示中无法确定载荷力函数的问题,提出一种基于流体编程软件（Hydrocodes）的“振源系统-近场结构”一体化建模和分析方法,分析由火工品触发的航天器星箭分离机构及其他解锁释放机构的冲击过程,从中提取力函数, 实现对振源与主结构的解耦分析。以包带式星箭分离结构为例,对该方法的可行性进行研究和论证。通过对模型进行爆炸冲击直接加载和力函数的解耦加载这两轮计算结果的对比分析,初步校验了该方法的可行性。通过对模型的耦合性分析和对其简化模型的分析,进一步校验了局部建模的合理性和解耦分析的准确性。该方法是一种能够确定航天器火工冲击源函数的可行方法,为从工程上解决航天器火工冲击的响应预示问题奠定了基础。     

样品容器火工解锁冲击试验研究

某航天器的样品容器在火工解锁过程中,出现了解锁后向前冲击移动的现象。为充分掌握样品容器在轨火工解锁过程中冲击影响情况,开展了解锁冲击分析及试验验证。根据动量守恒定律,推算了样品容器在轨火工解锁的理论冲击移动距离,并开展了3次地面验证试验。计算结果和试验结果均表明,样品容器的冲击移动距离小于12 mm的指标要求,因此不会影响在轨样品转移任务的顺利实施。     

航天火工装置无损检验方法标准简介

概述了航天火工装置无损检验对保证航天型号用火工装置的质量与可靠性、避免灾难性事故、提高发射成功率起的重要作用 ,分析了航天火工装置的中子照相、X射线和γ射线工业CT检验三项无损检验方法标准的共同技术要求 ,重点对这三项检验方法标准的适用范围及应用概况、检验系统仪器、设备配置和检验方法等技术内容作了介绍 ,并从型号研制需要出发 ,对尽快完善、配套航天火工装置无损检验标准 ,提出了建议     

关于“航天火工装置及其发火元、器件”术语及其在标准中的表述

简介了火工装置、航天火工装置、发火元件和器件的概念,并就如何在标准中表述航天火工装置关键件及其与常规兵器火工品的差异作了分析和研究。     

统计能量分析法在爆炸分离冲击响应预示中的应用

针对复杂结构的爆炸分离冲击问题,文章采用统计能量分析方法对其响应进行了计算分析。首先对切割索产生的连续载荷进行了离散处理,然后基于统计能量分析并结合虚拟模态综合法,对航天器分离过程中的冲击响应进行了预示。得到的结果符合爆炸分离冲击环境下结构响应特征及其传递规律,对航天器抗冲击设计与评估具有一定的参考价值。     

基于激光激励的火工冲击响应及其特性研究

针对传统火工冲击激励方法在频率范围方面的局限性，研究新兴的激光激励方式、激励特性及其参数的影响，探究模拟火工冲击试验的可行性。首先参考经典的冲击试验方法，制定了激光激励试验的试验方案，设计了试验装置并进行了冲击试验；然后针对火工冲击和激光激励的试验结果，在时域、频域进行了时频分析和响应谱分析与对比；最后依据该试验方法，讨论了激光脉冲频率和激光脉冲能量对冲击响应的影响。研究提出的激光激励方法对火工冲击机理研究与地面模拟试验设计具有一定的参考价值。     

航天器爆炸冲击环境及其模拟试验技术

介绍了航天器爆炸冲击环境的特点、环境预示方法、以及爆炸冲击试验模拟技术的发展现状。     

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。     

预报动力学环境的好帮手

本文章旨在介绍一个航天器工程设计工具———“VISPERS”。它对提升我国航天器设计水平有一定价值。与其他软件相比,该软件与其他软件相比有许多特色。首先,它可以在航天器初步设计阶段进行声振,、振动,、冲击分析,并直接输出部件级或系统级试验规范曲线。第二,使用方便,、快捷,、直观。,例如:可以一键预报动力学环境结果,也就是当用户点击航天器/运载火箭某个位置,这个位置的动务学载荷、试验规范就马上显示。比如,它可以一键预报动力学环境结果。也就是用户点击到航天器/运载火箭某个位置,这个位置的动力学载荷,试验规范就马上显示。第三,它可以提供其他动力学环境分析（如:火工品冲击,疲劳寿命分析）（比如:火工品冲击,疲劳寿命分析）。第四,各类数据库和专家系统干预或参加运算,把不确定性降到最小,使预报结果可信。因为声振,振动,冲击环境预报工作由航天器结构复杂和可靠性要求高而带来的不确定性很多,该软件针对这一难题,通过各类数据库和专家系统干预或参加运算,把不确定性降到最小。第五,引入由知识内涵编制的专家系统。这是该软件最大的特点。本文将对以上这些特色一一介绍。最后,提供一个火工品冲击损伤可能性的例子,说明该专家系统的工作应用价值。     

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。