航天器振动试验下凹机理及实例

xinyang1111

为了防止正弦扫描时星体承受过大载荷 , 除了控制输入加速度外 , 还要控制星体主结构上某些部位的加速度值 （或应变值）, 使其不超过设计载荷值或估算值 , 以此来限制反共振现象所导致的过试验。反映在输入加速度控制曲线上共振频率附近呈现“凹”状,这就是所谓下凹控制技术。

控制点A位于工装与产品对接面上，响应点B、响应点C位于产品上，为了防止共振时响应点B、C响应过大而过试验，限制控制点A的输入，反映在控制曲线上共振频率附近呈现“凹”状，如下图所示。

1、下凹的原因

目前, 航天器地面振动试验主要通过控制试验件与振动台界面的加速度条件来实现对真实飞行动力学环境的模拟，通常地面振动试验容易造成航天器在共振频率处的“过试验”，轻则造成试验件受到损伤,重则可严重影响航天器研制的周期和成本。长期以来，工程上通常采用加速度下凹控制的方法来缓解振动 “过试验” 问题，过试验的原因主要一下两个方面：

1.1发生动力吸振现象引起反共振造成过试验

假设星箭组合结构简化为下图所示的等效弹簧质量阻尼结构，假设m1为火箭，m2为卫星部件，如下图所示。

该模型中受基础激励作用，其运动微分方程为下式：

假设结构无阻尼，可得结构频响加速度响应幅值为：

根据上式可知：不考虑阻尼，在卫星部件的共振频率处，火箭的加速度响应值理论值为零，即发生了动力吸振现象。此时，火箭与卫星界面处响应值很小，接近于零，然而加速度振动试验采用加速度包络控制，将该频率点处几乎为零的加速度值提高到包络值（下图所示），从而将界面输入载荷提高了几百，甚至几千倍，因此导致了不合理的过试验现象发生。

1.2 卫星和振动台的连接方式与卫星与火箭的连接方式不同，导致卫星在这两种环境下的动力学环境不同

卫星和振动台的连接方式与卫星与火箭的连接方式不同，导致卫星在这两种环境下的动力学环境不同。在大多数振动试验中，试件不能与振动台直接安装，必须通过试验工装等机械连接装置才能将振动按要求传输到试件上。由于振动台和试验工装的机械阻抗比较大，采用加速度条件作为控制条件就需要较大的界面力保持界面的加速度量级, 振动台界面力要远大于真实飞行状态中安装界面处的作用力, 这将导致严重的 “过试验”。

2下凹控制方法和实例

试验条件直接下凹，谷深由星箭的振动耦合分析确定，谷宽可用卫星的3dB共振宽带，该方法比较直接，易于实现。下图为某航天器振动试验直接下凹的一个案例。

第二种方法是响应控制（限幅控制），除了控制点输入的加速度之外，还要监控卫星关键部位（监控点）的响应，通常是监控卫星主结构或危险部位的加速度，使其不超过预先设定的环境预示值，以此来限制通过夹具传递给卫星的过试验输入，达到下凹控制的目的。

限幅控制的基本原理是：将控制点和监控点传感器的输出信号，接入控制系统的控制通道和辅助通道上，在控制点设置正弦扫描试验条件，在监控点设置响应限制值。试验中，当监控点响应未达到限制值时，其主控点输入仍按原试验条件，结构共振时，当有任何一个监控点的响应达到或超过限制值时，控制系统的信号选择和限制功能将自动地实现控制通道的转换，并控制监控点响应使其不超过限制值，共振峰过后，监控点下降，控制通道又转回到主控通道，并控制主控点按试验条件激励卫星，监控点响应点响应达到限制值并受到限制控制时，控制点响应下降，从而呈现了试验条件的下凹控制。下图为某卫星响应点限幅下凹的案例。

参考文献

[1] 王增兰, 白松波, 袁龙根. 卫星整星正弦振动试验的控制技术[J]. 中国空间科学技术, 1983, V3(3):59-64.

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sh_lin30

这个的主因是不是工装或夹具设计不合理啊

xinyang1111

sh_lin30 发表于 2018-8-18 18:31
这个的主因是不是工装或夹具设计不合理啊

加速度控制这种方法本身就存在过试验，这是不可避免的，所以避免过试验，力限控制研究的也比较多，但是目前力限控制在国内航天系统还没有推广，不过我认为可能是个趋势。当然，夹具设计不合理，可能夹具和产品发生耦合振动，会导致加速度控制比较困难。

tangyu8840

现在的实验都是包络后的过实验

szdlliuzm

好的资料。