[發(fā)明專利]微小衛(wèi)星隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)下凹控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710868972.6
• 申請(qǐng)日: 2017-09-22
• 公開（公告）號(hào): CN107782520B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張華;宗益燕;李強(qiáng);韋錫峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海衛(wèi)星工程研究所
• 主分類號(hào): G01M7/02
• 分類號(hào): G01M7/02
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種微小衛(wèi)星隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)下凹控制方法，該方法適用于質(zhì)量介于23～450kg之間的微小衛(wèi)星，對(duì)于其它大型衛(wèi)星、航天器可參考使用。

背景技術(shù)

衛(wèi)星等航天器經(jīng)歷發(fā)射環(huán)境時(shí)，需要承受一系列的動(dòng)力學(xué)環(huán)境，包括火箭點(diǎn)火、推進(jìn)、關(guān)機(jī)、級(jí)間分離、切變風(fēng)、跨音速抖振及星箭分離的振動(dòng)等。這些惡劣的振動(dòng)環(huán)境效應(yīng)可能誘發(fā)衛(wèi)星于火箭的耦合振動(dòng)機(jī)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)大部件之間的振動(dòng)耦合，從而導(dǎo)致對(duì)振動(dòng)敏感的星上產(chǎn)品的損傷與毀壞。

衛(wèi)星設(shè)計(jì)時(shí)需要保證充分的可靠性裕度設(shè)計(jì)及足夠的設(shè)計(jì)余量，以確保衛(wèi)星能夠經(jīng)受主動(dòng)段的動(dòng)力學(xué)環(huán)境及其環(huán)境效應(yīng)。同時(shí)，地面開展環(huán)境模擬試驗(yàn)，檢驗(yàn)衛(wèi)星及其產(chǎn)品設(shè)計(jì)與工藝的合理性，驗(yàn)證衛(wèi)星及其產(chǎn)品對(duì)各種環(huán)境的承受能力。

衛(wèi)星低頻段的動(dòng)力學(xué)環(huán)境通常由整星正弦振動(dòng)試驗(yàn)予以考核，已經(jīng)形成了標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法與流程。衛(wèi)星高頻段的動(dòng)力學(xué)環(huán)境由隨機(jī)振動(dòng)、噪聲試驗(yàn)予以考核，對(duì)質(zhì)量低于450kg的結(jié)構(gòu)緊湊衛(wèi)星開展隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，而大質(zhì)量衛(wèi)星則采用噪聲試驗(yàn)考核高頻動(dòng)力學(xué)環(huán)境。

在地面模擬試驗(yàn)中，由于試驗(yàn)方法的限制，為了避免衛(wèi)星在某些頻段由于共振等產(chǎn)生的過試驗(yàn)，對(duì)于質(zhì)量大于23kg的微小衛(wèi)星，通常需要在衛(wèi)星及部組件的結(jié)構(gòu)頻率處對(duì)輸入量級(jí)進(jìn)行下凹處理，以確定一個(gè)合理的激勵(lì)條件，保證衛(wèi)星既能夠通過主動(dòng)段的力學(xué)環(huán)境考核，又不會(huì)過試驗(yàn)。

隨機(jī)振動(dòng)的試驗(yàn)條件和試驗(yàn)要求在GJB 1027A等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中均有說明，但是對(duì)于具體的試驗(yàn)方法，尤其是微小衛(wèi)星的試驗(yàn)下凹控制方法沒有規(guī)范可以參考。查閱公開發(fā)表的論文中主要給出的是基于力限控制的下凹方法，此方法需要專門設(shè)計(jì)的工裝夾具，且方法本身有待進(jìn)一步考證，因此未在型號(hào)工程上得到推廣使用。

目前，沒有發(fā)現(xiàn)同本方法類似的說明或報(bào)告，也尚未收集到國(guó)內(nèi)外類似的資料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種微小衛(wèi)星隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)下凹控制方法，這種試驗(yàn)方法我們稱之為工程實(shí)踐法。本方法適用于質(zhì)量介于23～450kg之間的微小衛(wèi)星。正式試驗(yàn)前，先進(jìn)行小量級(jí)的隨機(jī)振動(dòng)摸底試驗(yàn)，確定衛(wèi)星的共振頻段及響應(yīng)放大情況，對(duì)于相對(duì)于輸入功率譜密度放大較大的頻段，根據(jù)放大倍數(shù)、位移幅值和峰值頻率明確下凹量級(jí)、下凹頻段寬度，進(jìn)行下凹處理。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：一種微小衛(wèi)星隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)下凹控制方法，其特征在于，其包括如下步驟：

步驟一：完成衛(wèi)星與振動(dòng)臺(tái)的安裝、調(diào)試，并完成試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)確認(rèn)后，先進(jìn)行正弦掃頻試驗(yàn)，再進(jìn)行小量級(jí)的隨機(jī)振動(dòng)摸底試驗(yàn)，通過摸底試驗(yàn)確定衛(wèi)星的共振頻段及響應(yīng)放大情況；

步驟二：對(duì)于相對(duì)輸入功率譜密度放大較大的頻段，并兼顧運(yùn)載的頻率約束要求，進(jìn)行下凹處理，確定試驗(yàn)條件，估算試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)的位移情況，對(duì)于達(dá)到或超過試驗(yàn)臺(tái)額定位移行程90％的頻段，進(jìn)一步進(jìn)行下凹處理，保證試驗(yàn)設(shè)備安全；

步驟三：確定試驗(yàn)輸入條件后，進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)滿振試驗(yàn)，試驗(yàn)完成后檢查試驗(yàn)各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)響應(yīng)曲線，并進(jìn)行衛(wèi)星狀態(tài)確認(rèn)；

步驟四：進(jìn)行正弦掃頻試驗(yàn)，試驗(yàn)條件同步驟一，并比較兩次掃頻試驗(yàn)各測(cè)點(diǎn)的響應(yīng)曲線一致性；

步驟五，轉(zhuǎn)換試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)或衛(wèi)星方向，重復(fù)上述步驟完成剩余方向試驗(yàn)直至試驗(yàn)結(jié)束。

優(yōu)選地，所述步驟一包括如下步驟：

步驟十一：正弦掃頻試驗(yàn)的試驗(yàn)量級(jí)為0.1g，掃描速率為4oct/min，掃描頻率起始于5Hz并覆蓋衛(wèi)星此方向的固有頻率；

步驟十二：小量級(jí)的隨機(jī)振動(dòng)摸底試驗(yàn)的量級(jí)為：平直段功率譜密度為0.01g2/Hz，上升與下降段的斜率與滿振試驗(yàn)保持一致。

優(yōu)選地，所述步驟二包括如下步驟：

步驟二十一：頻率下凹應(yīng)避開運(yùn)載的主要頻率，對(duì)于相對(duì)輸入功率譜密度放大50％且40Hz以上的頻段，下凹后的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)功率譜密度為其中p為下凹前的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)輸入功率譜密度，p₀為小量級(jí)隨機(jī)振動(dòng)的輸入功率譜密度，p_h為小量級(jí)隨機(jī)振動(dòng)的功率譜密度放大值；

步驟二十二：下凹的頻段寬度為：在40～100Hz頻段，共振峰處向左、向右各擴(kuò)5～10Hz；在100～600Hz，共振峰處向左、向右各擴(kuò)10～30Hz；在600～2000Hz，共振峰處向左、向右各擴(kuò)30～50Hz；

步驟二十三：試驗(yàn)振動(dòng)臺(tái)位移峰峰值的波動(dòng)達(dá)到6σ計(jì)算公式為式中X_pp為臺(tái)面工作位移的峰峰值，w₀為功率譜密度，f₀為頻率。