力限技术的发展和应用前景

在航天器振动试验中引起过试验的主要原因是试验件安装结构和振动台的阻抗不同及制订加速度输入谱时采用包络法.解决此问题的一种思路是在振动中限制试验件安装界面的力,即力限技术,它包括力谱制订、力的测量方法、夹具设计和振动控制策略等关键技术.文章回顾了国外力限技术的发展,介绍了力限技术应用的关键技术问题,并对在我国航天器振动试验中力限技术的应用前景进行了展望.     

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。     

基于分频段加权的加速振动试验方法

振动环境工程研究现行采用的加速试验方法中,都只考虑了加速因子与频率无关这种情形,这不仅提高了试验设备的推力要求,也增加了位移指标要求。文章提出了一种分频段加权的加速振动试验方法,即通过对低频段加速因子的权重的优化设计,实现较小的位移指标要求,且疲劳损伤累积等效。给出了基于Dirlik方法和TB方法疲劳损伤等效的加速试验设计方法和工程实现流程。针对该方法开展了应用实例的计算,结果表明:在疲劳损伤等效的前提下,显著降低了振动台的位移,且推力基本维持不变。     

航天器虚拟动态试验技术研究及展望

文章简要回顾了航天器结构动态设计技术的发展,并且指出随着现代航天器越来越复杂,数值分析方法与动态试验方法都无法满足设计的要求。为了解决这个问题,必须采用虚拟动态试验技术。文中较详细地介绍了复杂结构模型修改新技术、虚拟模态试验技术和振动台虚拟振动试验技术。文章最后还对该领域未来研究方向进行了展望。     

振动试验夹具共振频率设计要求研究

为了使振动试验夹具的频率设计要求更加符合工程实际,文章对传统设计要求进行了总结,根据随机振动理论研究了传统设计要求与试验实际情况的差异。研究表明传统设计要满足一阶固有频率最大化的要求,而该要求存在不足：一是建立试验系统动力学模型时未考虑试件的质量及刚度,二是未考虑夹具与振动台连接的边界条件,三是未考虑载荷激励方向与模态关系。针对这些不足,文章提出了夹具共振频率最大化设计要求。分别采用传统的一阶固有频率最大化设计要求和共振频率最大化设计要求对某导弹夹具进行了设计,对比研究结果表明采用共振频率最大化设计要求所设计的夹具共振频率更高、质量更小。     

基于联合仿真技术的虚拟振动试验平台建设

对电动振动台机电耦合系统进行辨识,通过Amesim软件建立了电动振动台的机电耦合模型,在Virtual.lab软件中建立了振动台与试验件的刚柔耦合模型,借助Matlab/Simulink软件建立了振动台的控制系统,最终基于联合仿真技术建立起了闭环虚拟振动台的正弦扫描振动试验平台。通过算例研究,表明所建立的虚拟振动试验平台能够很好地实现对试验件的正弦扫描振动试验,并能够实现仿真结果在Virtual.lab中的可视化。     

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.     

军用飞机机载设备振动试验要求和有关问题的讨论(三):GJB 150.16和GJB 150.16A在飞机研制中的应用情况分析

文章分为3部分:第1部分简单介绍振动类型、振动引起的失效模式和应用,特别是列表详细介绍了GJB 150.16和GJB 150.16A中规定或推荐的军用喷气式飞机和螺旋桨飞机设备及其外挂和外挂上的设备的振动试验要求、特点和两标准中相关内容的对比分析;第2部分则详细介绍了两标准中规定或推荐的军用直升机和各类飞机发动机设备的振动试验要求、特点以及相关内容的对比分析;第3部分介绍和分析了航空装备研制生产中这2个标准的应用情况和遇到的问题,对一些重大问题进行了分析概括并提出了一些看法和建议。     

军用飞机机载设备振动试验要求和有关问题的讨论(一):GJB 150.16/16A军用喷气式飞机和螺旋桨式飞机机载设备和外挂的振动试验要求及对比分析

文章分为3部分:第1部分简单介绍振动类型、振动引起的失效模式和应用,特别是列表详细介绍了GJB 150.16和GJB 150.16A中规定或推荐的军用喷气式飞机和螺旋桨飞机设备及其外挂与外挂上的设备的振动试验要求、特点和两标准相关内容的对比分析;第2部分则详细介绍了两标准中规定或推荐的军用直升机和各类飞机发动机设备的振动试验要求、特点以及相关内容的对比分析;第3部分介绍和分析了航空装备研制生产中这2个标准的应用情况和遇到的问题,并就一些重大问题进行了分析概括并提出了一些看法和建议。此为第1部分。     

军用飞机机载设备振动试验要求和有关问题的讨论(二):GJB 150.16/16A中军用直升机和各种军用飞机发动机设备的振动试验要求及对比分析

文章分为3部分:第1部分简单介绍振动类型、振动引起的失效模式和应用,特别是列表详细介绍了GJB 150.16和GJB 150.16A中规定或推荐的军用喷气式飞机和螺旋桨飞机设备及其外挂和外挂上的设备的振动试验要求、特点和两标准中相关内容的对比分析;第2部分则详细介绍了两标准中规定或推荐的军用直升机和各类飞机发动机设备的振动试验要求、特点以及相关内容的对比分析;第3部分介绍和分析了航空装备研制生产中这2个标准的应用情况和遇到的问题,对一些重大问题进行了分析概括并提出了一些看法和建议。此为第2部分。     

Spectrophotometric diagnostics of energy characteristics and conductance of the auroral ionosphere from satellite: 1. Specific methods,accuracy problems,and instrumentation requirements

One of the most important tasks of space research is to find a way of real-time monitoring of the space environment conditions around the Earth. This is necessary in order to provide warning about the threats of critical failures in ground-based and space technological systems, thus providing for their stable and secure operation. In view of this concern, methods of diagnostics of ionospheric energy and electrodynamic characteristics continue to be developed on the basis of spectral and photometric measurements, analyzing the glow intensity of emissions of the upper atmosphere observed from above. Serial panoramic monochromatic maps of the intensity of luminosity of the upper atmosphere emissions measured from orbiting detectors can serve as a main data source for such an analysis. In this paper we consider the principal aspects of the method, and, on this basis, the instrumentation requirements are formulated.     

卫星虚拟振动试验仿真效果研究

对振动台关键部件建模后,获得了包括动圈、扩展头、滑板、加强板、牛头等部件的较为准确的有限元模型。针对某卫星模型与振动台模型集成后的组合模型进行了有限元振动响应计算。将虚拟试验结果与实际试验结果、卫星传统仿真结果进行对比,通过分析卫星频率及响应量级来评价虚拟振动试验对卫星研制的意义。     

Benefits and risks of using electrodynamic tethers to de-orbit spacecraft

By using electrodynamic drag to greatly increase the orbital decay rate, an electrodynamic space tether can remove spent or dysfunctional spacecraft from low Earth orbit (LEO) rapidly and safely. Moreover, the low mass requirements of such tether devices make them highly advantageous compared to conventional rocket-based de-orbit systems. However, a tether system is much more vulnerable to space debris impacts than a typical spacecraft and its design must be proved to be safe up to a certain confidence level before being adopted for potential applications. To assess space debris related concerns, in March 2001 a new task (Action Item 19.1) on the “Potential Benefits and Risks of Using Electrodynamic Tethers for End-of-life De-orbit of LEO Spacecraft” was defined by the Inter-Agency Space Debris Coordination Committee (IADC). Two tests were proposed to compute the fatal impact rate of meteoroids and orbital debris on space tethers in circular orbits, at different altitudes and inclinations, as a function of the tether diameter to assess the survival probability of an electrodynamic tether system during typical de-orbiting missions. IADC members from three agencies, the Italian Space Agency (ASI), the Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) and the US National Aeronautics and Space Administration (NASA), participated in the study and different computational approaches were specifically developed within the framework of the IADC task. This paper summarizes the content of the IADC AI 19.1 Final Report. In particular, it introduces the potential benefits and risks of using tethers in space, it describes the assumptions made in the study plan, it compares and discusses the results obtained by ASI, JAXA and NASA for the two tests proposed. Some general conclusions and recommendations are finally extrapolated from this massive and intensive piece of research.     

力限控制技术应用研究

振动试验中,振动台的机械阻抗大于产品的真实安装结构的机械阻抗是造成过试验的原因之一。文章通过模型的仿真计算与试验,对由于边界条件的改变引起的过试验原因及过试验程度进行了研究,进而分析确定了力限控制条件,在模型的振动试验中应用力限控制技术,获得模型结构响应数据。通过对试验结果的比较,表明力限控制技术可有效缓解过试验程度,使振动试验更接近产品真实的力学环境。     

应用谐振装置在电动振动台上实现高量级冲击响应谱的仿真研究

为提高电动振动台冲击响应谱试验的试验量级,应用有限元理论建立了电动振动台及附加的谐振装置的动力学模型,在此基础上开展冲击响应谱试验的仿真研究。通过研究振动台动态特性建立了冲击响应谱试验仿真方法,进一步研究了应用谐振装置在振动台上实现高量级冲击响应谱试验的可行性。研究结果表明:使用谐振装置可显著地提高电动振动台实现冲击响应谱试验的能力。     

振动试验力限条件设计复杂二自由度方法研究

力限振动试验可以缓解振动“过试验”现象。计算力限条件是进行力限振动试验的前提。本文介绍了力限振动试验的基本原理,给出了计算力限条件的基本过程,详细推导了设计振动试验力限条件的复杂TDFS方法,为今后力限振动试验在国内的应用提供技术支持。     

400kN振动台虚拟试验仿真技术研究

文章从卫星工程结构动态试验的重要性出发,指出振动台试验的计算机仿真技术研究是当前研究的前沿课题,介绍了振动台虚拟试验技术研究的基本内容,包括有限元数学模型修改、台面控制振动台试验的计算机仿真技术的实现、200kN振动台空台试验的计算机仿真、400kN振动台空台试验的计算机仿真.     

六自由度振动台台体结构优化设计研究

在应用六自由度振动台进行高频振动测试试验时,若台体结构被激发产生共振,则会影响测试结果的准确性。为保证台体的共振频率在工作频带之外,同时使台体重量更轻,文章提出基于二级多点逼近算法的六自由度振动台台体结构优化方法。首先建立台体结构的有限元模型,并根据实际应用工况确定台体连接面法向位移约束的边界条件,以壳、梁单元的截面尺寸和外形半径大小为设计变量,建立以台体结构一阶固有频率和静强度为约束、质量最小为目标的模型。然后,利用二级多点逼近算法对模型进行尺寸优化,并以人机交互的方式实现外形半径的优化,得到满足约束条件的优化解。最后依据优化结果设计与制造出台体结构,并完成台体样机。该台体结构实现了轻量化设计要求并应用于振动试验,验证了该结构优化方法的有效性。     

振动试验条件在夹具动态特性设计中的考虑

夹具作为试件与振动设备之间的连接部件在振动试验中起着非常重要的作用。为了减少夹具对试验的影响,文章采用有限元分析法进行夹具动态特性设计,并结合一个设计实例分析了振动环境试验条件与夹具动态特性的相关性。研究结果表明:在进行较宽频带振动试验时,合理处理振动试验条件与夹具固有频率之间的关系,可减少夹具对试验的影响。     

振动试验夹具边界效应的动力学分析

振动试验夹具的边界效应是影响振动试验模拟精度的主要因素之一。忽略试验件与试验夹具之间的动力学作用,应用振动台的基础激励来模拟实际的振动环境,其结果的有效性依赖于工作状态的振动边界和试验状态的振动边界在多大程度上满足无限大阻抗输入模型假设。文章提出了一种分析夹具边界效应的有效方法,该方法来源于结构动力学分析的子结构方法,将包含夹具在内的试验系统的动力学特性表述为子结构动力学特征参数描述的标准特征值问题,通过特征频率与振型的比较,评价夹具的边界效应。数值模拟展示了分析过程,并验证了该方法的实用性。