北京强度环境研究所完成CZ-2F火箭POGO振动研究

在载人航天的运载火箭第五次飞行中,宇航员报告在一级火箭飞行末秒产生比较强烈的振动。北京强度环境研究所承担了该问题的研究工作。课题组根据飞行振动、输送管路脉动压力的遥测数据分析,认为这种振动的主要原因是产生了液体火箭的燃料输送系统和火箭结构系统动力学耦合的全箭POGO振动。为了证明POGO振动成因,进行了模拟介质和真实介质的输送管路脉动特性试验、全箭纵向模态试验,开展了管路特性计算分析和全箭POGO稳定性分析工作,证明了实际飞行时POG0振动的机理。     

火箭用液氧泵的动特性试验

1.绪论液体火箭中经常会产生一种POGO的飞行器轴向自激振动。对于这种白激振动,泵具有较大的影响,因此,在POGO分析时须要计算出泵的动特性数据。迄今为止已有很多报道介绍泵的动特性研究结果。笔者也曾就使用高速液氧泵在泵入口NPSH(净正吸程)较大时的试验结果作过若干介绍。日本正在研制在第二级安装液氢液氧发动机的H-1火箭,并在研究第二级发动机是否要安装POGO的抑制装置。本报告就是以取得POGO分析上所需要的液氧泵动特性数据为目的,介绍泵入口NPSH较大时和较小的脉动试验结果。     

液氢泵次同步进动问题的解决方法

液氢泵一般在超临界状态下工作,次同步进动是液氢泵转子动力学系统设计的关键问题之一。本文讨论一种解决内阻尼诱导的次同步进动的方法。我们通过对于典型液氢泵的分析、讨论了弹性支承的位置和刚度对转子动力学系统模态特性参数和次同步起始转速的影响;讨论了弹性支承提高次同步起始转速的机理和从次同步进动角度设计弹性支承的基本方法。典型液氢泵的理论分析和试验结果基本一致。     

氢涡轮泵转子非线性振动

弹性支承设计应该满足临界转速与工作转速间离和转子定心两方面要求。试验和分析结果表明，眼位器的非线性效应使临界转速增大，可能使临界转速与工作转速靠近，此外还可能诱发转子次谐波振动，因此限位器不适于氢涡轮泵转子定心设计。     

航天机主发动机高压燃料涡轮泵转子动力不稳定问题

航天机主发动机高压燃料涡轮泵容易遇到以破坏性大振幅次同步进动为特征的转子动力不稳定问题。本文从转子动力学角度评述高压燃料涡轮泵的原设计和次同步进动问题的进展。评述了用以解释和改进高压燃料涡轮泵稳定性的模型和分析方法。详细讨论了转子动力学模型的下列因素:     

资本主义国家涡轮泵

本文根据已经公开的涡轮泵的技术数据,对涡轮泵的发展概况作了估计。介绍了两种较典型的涡轮泵的构造方案,并对其优缺点及用途作了对比。本文比较详细地叙述涡轮泵的主要元件之一——离心泵,指出气穴现象对离心泵工作的严重影响。此外,对于防止气穴现象的方法,气穴诱导器以及制造离心泵的先进技术等方面,分别作了描述。 本文介绍现代水平的附件涡轮的形式,分别指出了其适用场合,除了提到径向涡轮和轴向涡轮外,还介招了阻力涡轮,同时简要地阐明现有涡轮泵的调节系统大致上有两类:冲压式发动机上来用的具有电动式机构或液压控制机构;火箭发动机上采用的超速控制、推力控制和推进剂组成比控制器。最后将设计参考用的各种涡轮泵的性能数据编为附录。     

系统级产品振动试验仿真

本文利用有限元建模技术，建立了振动台、试验夹具、系统级产品精细的有限元模型，对各部件模型进行了振动特性计算，并通过部件模态试验和振动试验结果及总体综合分析相结合的方法对有限元模型进行了多次修正，得到了总体有限元模型。根据此模型进行了产品的振动试验仿真，并用试验结果对仿真结果进行了验证，验证结果表明系统级产品振动试验仿真结果与振动台试验实测数据是具有可比性的，振动响应的均方根值误差基本上小于lO％，功率谱曲线趋势近似，误差在工程允许的范围内。     

力限控制技术的试验研究

传统的加速度控制振动试验中的过试验问题已经被许多专家认识到,力限控制技术的发展给解决振动试验中的过试验提供了方法.在本文中,以某试件承力筒纵向正弦扫描振动试验为平台,进行了力限控制技术在振动试验中的尝试.对比传统加速度控制和新型力限控制情况下的试验结果,分析力限控制在提高控制精度,解决过试验方面的优点.同时,探讨了将力限控制方法有效应用到振动试验中的一些关键技术和难点.     

系统级振动试验响应控制值的确定

运载火箭研制过程中,在进行系统级振动试验时,个别支架上少数仪器安装处的振动过大,通不过。对于这一问题,我们认为应从两个方面解决:一是从环境的角度,看一看有无潜力可挖;二是支架本身的结构考虑是否需要改进。这里仅就环境条件作一讨论。在进行振动试验时,按目前的正弦扫描试验方法,支架在共振点显然存在严重的过试验。现在的问题是:要在已有的振动试验条件和产品结构的基础上,来改善过试验,而不是全部推翻已有的振动条件和产品结构,重新开始。解决这一问题的思路是:从已有极少试验实测数据作统计分析(目前已具备这一条件),考虑可靠性因素和支架放大系数,对支架上仪器安装部位的共振点响应值进行控制,在目前可能的     

复杂非线性结构随机振动环境试验的数值模拟——虚拟振动环境试验系统

介绍了复杂非线性结构振动环境试验计算机模拟过程,为建立虚拟振动环境试验系统奠定基础。振动环境试验的数值模拟包括建模和控制器设计两个核心问题。对复杂非线性结构的计算机模拟具体过程是:首先对被试非线性结构建立非线性有限元模型,并简化成一个低自由度模型;利用低自由度系统和两个反馈测点的加速度设计反馈控制器,使其被控制点响应加速度的功率谱密度达到规范谱型,控制器的反馈即为非线性结构的激励;将激励作用到有限元模型,并做响应计算,验证其响应加速度功率谱密度是否达到预定的规范谱,如果不满足,可重新减缩非线性有限元模型,或另选控制律,重新设计控制器;分析非线性有限元模型的响应,并进行可靠性分析。由振动环境试验的数值模拟过程可发展而成虚拟振动环境试验系统。     

特种包装产品公路运输环境振动室内模拟试验研究

研究特种包装产品在公路运输环境下的振动问题,室内模拟试验是有效的手段之一.随机振动响应分析方法应用于运输车系统在多点位移激励下的动力学响应研究,获得了车厢底板振动响应与公路路面不平度谱和行车速度之间的关系,建立了用路面不平度谱和行车速度描述的位移激励的试验条件等价转化方法;通过统计特征参数的比较分析,讨论了谐波叠加生成方法可以等价重现实际运输环境振动随机过程的技术合理性,并介绍了一种利用凸轮机械系统的运输环境室内模拟工程实现方法;针对某型号特种包装产品开展了运输环境室内模拟试验设计与实施,结果表明室内模拟试验能够较真实地重现公路运输环境振动和实现特种包装产品的运输环境振动考核.     

气泡对无阀微泵动态特性影响的实验研究

采用高速摄像机拍摄了收缩管/扩张管型无阀压电微泵泵腔中气泡的变化,包括进入、移动、合并和分离等过程.同时,采用压阻式微型压力传感器测试无阀压电微泵泵腔的压力脉动.实验结果表明气泡进入泵腔之后,流体有效体积弹性模量和无阀微泵压力脉动幅值明显减少,气泡的进入使无阀微泵的工作性能大大降低,甚至导致微泵无法正常工作;而气泡移动、合并和分离对流体有效体积弹性模量和微泵的动态特性影响较小.     

声振预示及试验统计与置信限分析

本文利用统计能量分析 (SEA)原理 ,对噪声引起的仪器舱段振动响应作了预示 ;文中还提出基于噪声试验的试验外推预示公式 ;用加速度级 (参考 lg)对舱段的多次噪声试验引起的结构振动数据及其外推预示结果进行了统计和比较及置信限分析 ,结果是满意的。     

航天飞机的结构强度与环境问题

本文简要介绍了美国航天飞机研制中,在结构强度与环境工程方面所进行的部分工作概况。文中对热、声、咏动压力、振动、推进剂晃动、纵向耦合振动、泵转子动力不稳定、阵风、气动弹性、复合材料及金属材料应用等问题的引出及其解决作了扼要介绍。     

声扭预示及试验统计与置信限分析

本文利用统计能量分析（SEA）原理，对噪声引起的仪器舱段振动响应作了预示；文中还提出基于噪声试验的试验外推预示公式；用加速度组（参考1g）对舱段的多次噪声试验引起的结构振动数据及其外推预示结果进行了统计和比较及置信限分析，结果是满意的。     

喷流噪声引起的结构振动环境预示研究

箱式热发射时,发动机喷流噪声产生的振动环境多采用试验测量,环境预示手段应用较少。本文应用AutoSEA2软件对某喷流噪声产生的振动进行计算分析,并与试验结果作一比较,发现预示结果与试验结果比较相符,在型号研制初期具有一定参考价值。     

行星齿轮系动力学特性分析及试验研究

采用集中质量法,考虑时变刚度、齿侧间隙、太阳轮的横向与纵向位移、太阳轮和行星轮的偏心误差激励,建立了行星齿轮传动系统的非线性动力学模型。采用龙塔库特法求解了系统的响应、相图、频谱图和动力学均载系数;通过测量系统齿根应力的动载荷应变图,获得齿根应变变形的相图、频谱图和系统的均载系数。研究结果表明:理论分析结果与试验测试结果比较吻合,说明采用的理论研究方法是合理的,测试方案是可行的。     

动力学环境质量载荷效应的统计能量分析与试验研究

对质量载荷在冲击、振动及噪声等动力学环境上的影响作了统计能量分析（ＳＥＡ）与试验研究。分析与试验结果是满意的,其结论对工程系统动力学环境预示、评估和制定试验条件有重要意义。     

水下附加质量及阻尼的试验研究

潜射导弹在出水过程会承受由于空泡溃灭带来的脉动压力,这种脉动压力会引起弹体结构较大的动态响应和动态载荷,弹体结构在水下的模态特性和阻尼特性直接影响出水动载荷和动响应的大小。基于动力学相似模型,采用释放法分别开展了柱体结构在空气中及在水中的模态试验,采用Hilbert变换在时域中对振动衰减信号进行处理,给出了速度加权的平均频率和平均阻尼比。通过干、湿模态参数的比较和分析,获得了水对结构运动的影响参数,水中一阶弯曲振动的阻尼比约为3%,附加质量系数约0.5,刚体运动的附加质量系数约为1,试验研究结果可用于结构响应的分析和计算。     

水力脉冲射流特性室内实验和数值模拟

水力脉冲射流是提高深井机械钻速的一种经济有效的方法,在分析水力脉冲空化射流发生器调制脉冲射流机理的基础上,采用室内实验和数值模拟两种方法对水力脉冲空化射流发生器所产生的脉冲射流特性进行了研究.着重研究了入口流量和叶轮叶片结构对该工具产生的脉动压力振幅的影响.室内实验和数值模拟结果表明:在同一叶轮结构下,随着入口流量的增大,脉动压力振幅呈增大趋势.在同一排量下,采用3叶片叶轮结构的工具调制出脉冲射流的脉动压力振幅较大.因此建议在现场试验条件允许的情况下尽可能地增大泵的排量,并且重点对3叶片叶轮结构的工具进行现场试验研究.