液体火箭发动机三轴向虚拟振动试验技术研究

振动试验是液体火箭发动机结构可靠性评估和力学环境适应性验证的重要内容。相比单轴振动试验,三轴向振动试验能够更加真实地模拟产品的实际受力状态。开展三轴向虚拟振动试验研究,对于预示发动机动态响应,指导结构设计优化,以及研究修改单轴向振动试验输入谱以适用于三轴向振动试验都具有重要的研究价值。针对液体火箭发动机的振动问题,利用三轴向振动台的控制方法和有限元仿真技术,逆向构建了某三轴向振动台的虚拟振动试验系统。基于Patran有限元平台将某型号产品和振动台模型进行联合仿真动力学建模,以发动机正弦振动和随机振动试验条件作为动力学响应分析的载荷边界,利用Nastran进行三轴向振动问题求解。通过与实际的振动试验结果的对比和修正,获得精确的三轴向振动台和产品仿真模型、精确控制方法等,为液体火箭发动机结构振动响应预示、薄弱环节识别提供虚拟试验技术手段。     

结构动态特性仿真在液体火箭发动机中的应用

简要回顾了结构动态特性修改的原理,对某型号发动机涡轮泵转子系统自由-自由边界条件下的模态试验数据,在不同的点上加上弹性支撑模拟实际的边界条件,用结构动态特性修改方法进行仿真,仿真得出的结果与实际边界条件相吻合.并且得出了结构改进的方向.修改后的结果表明,该转子系统的动态特性对涡轮端弹性支撑的位置和刚性很敏感,如果设计不当,有可能使转子的一阶弯曲临界转速落入到工作转速范围内,从而导致同步或次同步振动,并引起结构的破坏.     

一种包带抱紧结构动态特性的试验研究

对卫星上一种安装气瓶的包带抱紧结构进行了力学动态试验的分析研究,测试了包带抱紧结构组件的基频特性随拧紧力矩的变化以及随振动量级的变化,测试数据表明抱紧结构基频随拧紧力矩增加而提高,并在一定拧紧力矩下达到稳定。经过模拟星上振动环境的测试,得到了频率特性保持稳定的拧紧力矩。在三种不同量级的正弦振动下,试验数据表明振动量级会...     

包带锁紧结构的预紧力确定

包带锁紧结构用于卫星上高压气瓶的安装固定,通过对包带施加预紧力矩而抱紧气瓶.气瓶在使用中伴随有较大压力变化而产生膨胀和收缩变形.为适应气瓶的变形并且保持安装的刚度要求,包带在不同气瓶压力下需施加不同的预紧力.为获得合适的包带预紧力,文章提出了确定包带预紧力的试验方法,并根据试验数据分析确定了不同压力状态下的包带预紧力,满足了气瓶在卫星不同阶段的使用要求.     

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.     

某型号仪器舱组合体联合动强度试验方法

针对某型号导弹仪器舱组合体结构和设备的联合动强度考核需求，开展组合体的动强度试验方法研究:设计专门的气瓶过载弹性加载装置，实现了气瓶过载力的等效模拟；通过整舱振动试验边界模拟和传递特性分析，验证了噪声激励振动传递与机械振动传递的差异性，提出采用大刚度模拟边界代替级间段真实边界与仪器舱组合进行联合动强度试验的方法；针对3个重点结构部段提出各自的试验条件，并通过预试验和归一化输入响应的比较分析确定了舱段不同部位结构和设备的联合考核方法。该试验方法可以有效模拟由发动机脉动和气动噪声引起的声振环境，避免产品过试验，达到对舱段结构及设备的动强度考核和设备支架动特性及放大倍数评估的目的。     

减小整星基频漂移的主承力结构设计

针对以往小卫星振动试验中出现的频率漂移现象,分析了问题产生的原因,提出了解决改进措施,并对关键部位结构进行了优化设计,试验验证了改进措施的有效性.此项设计已经应用于后续多个在研卫星型号.     

正弦振动试验及结构响应数据处理方法

文章介绍了航天器动力学环境试验中常用的正弦振动试验技术及其试验过程中结构响应测量的数据处理方法,特别就数据处理的4种峰值计算方法作了较详细的阐述.     

空间太阳能电站姿态运动-结构振动耦合建模与分析

针对多旋转关节空间太阳能电站构型，利用基于能量等效原理的连续体等效方法将其等效为柔性梁模型，并考虑重力梯度影响，建立了姿态运动与结构振动的耦合动力学模型；结合Runge-Kutta 法和Newmark法的优点，提出了适用于求解姿态运动与结构振动耦合动力学方程的改进算法，相比于经典Runge-Kutta 法大幅提高了效率；利用改进算法得到了不同参数下的动力学响应。在此基础上，推导了结构振动量级随结构尺寸的六次方量级增加的规律，仿真结果表明尺寸过大引发不稳定现象；分析了姿态运动和重力梯度对结构振动频率和振幅的影响；发现了姿态运动周期受结构柔性影响而增大的现象，这种现象在低轨以及大初始姿态角下影响更为明显。     

基于神经网络的火箭发动机结构动力学优化

针对大推力液体火箭发动机研制中面临的低频结构动力学频率优化问题,采用有限元方法及试验模态方法建立了可信的发动机低频动力学模型,对结构的低频动力学特性进行灵敏度分析,提取对发动机低阶固有频率比较敏感的设计变量.以这些设计变量作为神经网络的输出,待优化的结构固有频率作为输入,通过改进的神经网络建立了映射关系,最后优化得到能使固有频率达到目标值的设计变量值.通过有限元验证,优化结果满足要求.     

冲压发动机管路断裂故障分析及结构改进

针对发动机管路系统断裂故障,开展故障机理分析.通过软件仿真和试验相结合的结构模态分析,找出模态振型与疲劳破坏的联系,对管路结构断裂故障原因进行初步定位和定性分析.利用ANSYS nCode DesignLife软件对结构开展随机振动疲劳寿命计算,总结了随机振动疲劳计算流程和设计方法.仿真预示的管路结构断裂位置与试验结果...     

太阳翼铰链结构的动力学实验与非线性动力学建模

通过动力学实验获得真实的太阳翼板间铰链结构于不同激振频率下的振动响应参数,并采用力状态映射法建立板间铰链的非线性动力学模型。首先,采用单频激励信号模拟外扰对实际的板间铰链结构实施动力学实验;然后,基于其结构具有的多重非线性动力学特性,根据实验数据应用力状态映射法辨识结构的动力学参数,建立其非线性动力学模型;最后,对由太阳翼板间铰链连接的两段梁所构成的系统进行了冲击激励下的振动响应测试,同时进行了有限元动力学仿真,实验测试结果和数值仿真结果取得了较好的一致性。本文建立的太阳翼板间铰链非线性动力学模型能够较好地反映其动力学特性,对于实际太阳翼结构的动力学建模具有理论参考价值。     

典型细长体结构的两点激励振动试验设计

在传统的细长体结构的振动试验中,通常采用单一振动台,通过扩展台面连接、多点平均控制的方式开展试验,可能造成结构不同部位的过试验或欠试验;而采用多个振动台协同开展振动试验可以模拟细长体结构的多点载荷激励,可提高试验模拟的置信度。文章通过某典型细长体结构,分析了传统单点激励振动试验的问题,对该结构两点激励振动试验方案、夹具、控制等的设计情况进行了介绍,并给出了实际试验结果。研究结果可为开展类似细长体结构的两点激励振动试验提供参考。     

大型振动台结构设计中的有限元分析与应用

振动台是振动试验系统的主体结构。文章以某大型振动台结构设计为例,探讨了有限元法在振动台结构设计中的应用。工程实践表明,有限元法在大型振动台结构分析设计中,可以解决复杂结构的力学计算问题,有助改进结构设计,提高振动台结构的合理性和可靠性。     

应用经验模态分解的箱型结构裂纹诊断方法

为获得航天器结构的更多故障信息,文章提出了一种应用经验模态分解对一个两层箱型结构进行裂纹故障诊断的方法。先对该结构进行有限元建模和模态分析,发现结构有无故障均对模态的影响非常小;再对实际结构进行正弦振动试验,对振动响应信号进行经验模态分解,利用固有模态函数构造标识向量,提取用标识向量间的标识夹角作为诊断结构故障的指标。分析结果表明,结合施加给结构的主振方向,利用标识夹角能识别出裂纹的位置和方向。该方法为航天器结构故障的诊断提供了一种新的思路。     

大载荷主动隔振平台技术综述及其

文章从智能材料的特性、作动器的设计及配置方案,控制建模、控制算法、控制器设计等控制技术,隔振方法、承力方案、连接结构等结构设计技术等几方面对大载荷主动隔振平台技术进行了综述,对国内外近几年在大载荷隔振平台研究开发中智能材料的应用、控制技术及结构设计等方面的研究进展做了较全面的总结与阐述,并在此基础上提出了隔振致稳控制平台承载能力、隔振致稳控制平台精度的评定方法。     

利用航天器分舱段振动试验数据获取整器响应的方法

未来大型组合体航天器振动试验可能难以在现有设备上进行,需要进行分舱考核。文章针对此问题开展了利用分舱段振动试验获取整器响应的方法研究。提出的方法为:根据不同界面下模态的映射关系,利用单舱段的振动试验数据辨识出舱段的两端固支模态;采用模态综合技术计算出整器组合体模态参数,拟合出结构的加速度响应传递函数;结合整器的加速度试验条件可以给出整器的试验响应曲线。仿真验证结果表明该方法合理可行,具有工程应用价值。     

空间挠性结构的Stewart平台主动基座振动控制

研究基于Stewart平台主动基座的挠性结构振动控制。首先,建立含Stewart平台主动基座的柔性梁刚柔耦合动力学模型;随后,在模态空间上分别针对挠性结构的一阶和二阶模态设计由线性扩张状态观测器(LESO)和PD控制器组成的自抗扰控制器(ADRC);最后,基于独立模态控制(IMSC)中的模态滤波器从物理坐标中提取模态坐标,建立振动主动控制实验系统,基于模态空间的自抗扰控制方法完成挠性结构的前两阶模态振动主动控制实验。研究结果表明,利用Stewart平台作为主动基座,采用自抗扰控制方法实现挠性结构的振动抑制是一种高效的振动主动控制方法,在空间振动主动控制领域具有广阔的应用前景。     

电磁阀薄壁隔磁效果分析与试验研究

原有电磁阀组件结构加工过程复杂、生产工序多、生产周期长,导致生产效率低下。因此,开展了从结构设计上进行改进以提高电磁阀组件的工艺性及生产效率的工作。以某电磁阀组件为例,对其进行结构改进,以薄壁结构取代原先隔磁环结构。通过理论、仿真、工艺可行性分析和试验验证,证明了电磁阀组件壳体结构改进方案的可行性并可实际应用于型号产品。