[發明專利]基于面質比的衛星隨機振動與噪聲試驗剪裁方法

有效

• 申請號: 201911404703.X
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111144022B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 向樹紅;晏廷飛;高海洋;方貴前;王海明;張俊剛;李新明;扈勇強;馮振偉;王棟;賈瑞金;張景川
• 申請（專利權）人: 北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;B64G7/00;G06F119/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于面質比的衛星隨機振動與噪聲試驗剪裁方法，該方法用于對衛星地面驗證試驗中的隨機振動試驗和噪聲試驗進行剪裁。首先根據衛星隨機振動試驗條件，進行衛星動力學頻響仿真分析，獲取衛星關鍵位置頻響最大值對應頻率所對應的隨機振動試驗條件功率譜密度值，隨后根據衛星聲試驗條件，進行航天聲致振動響應仿真分析，獲取衛星關鍵位置頻響最大值對應頻帶所對應的聲試驗條件聲壓級，計算頻率帶寬，和聲壓頻譜密度，后計算miles面積質量比值，最后，計算盈虧平衡系數及盈虧平衡點，根據平衡點對隨機振動試驗和噪聲試驗進行剪裁。本發明方法充分考慮了衛星每階模態對振動的貢獻量，針對不同類型衛星自身動力學特征，量化了剪裁閾值，具有適應性強的特點。

技術領域

本發明屬于衛星力學環境試驗技術領域，具體涉及衛星隨機振動與噪聲試驗的剪裁方法。

背景技術

隨機振動試驗與噪聲試驗項目的裁剪是衛星力學環境試驗的重要內容，相關裁剪原則在各國的標準中均有規定，然而對于選取原則各國標準并不一致。因此有必要對其進行深入研究，制定隨機振動和噪聲試驗的裁剪準則。

目前，國內外相關試驗標準只定性給出一般原則，未形成定量的分析選取方法。NASA-STD-7001標準中規定，一般對于重量小于450kg的緊湊星體，應該采用系統級的隨機振動試驗。對于部分雖然是小重量，但是通過分析或經驗數據表明其工作載荷是由聲環境造成的星體，應采用聲學試驗。對于大的面積質量比的部件，如太陽翼等，應該采用聲學試驗。SMC-S-016標準中規定，在飛行器質量小于180kg的情況下，振動試驗可以代替聲學試驗來對飛行器的振動進行更有效的激發。兩個給出的標準中，都只考慮了質量對隨機振動試驗/噪聲試驗的剪裁的影響。關于面積質量比對于試驗剪裁的影響，只給出了粗略的定性分析，沒有給出相關的定量分析。

ECSS-26A給出的標準為：對于質量對隨機振動試驗/噪聲試驗剪裁的影響，給出了下述標準：對絕大多數的情況下，對衛星進行噪聲試驗。只有對于微小衛星(150kg-200kg)，必須進行隨機振動試驗。

ISO19683給出了噪聲試驗和隨機振動試驗的剪裁原則如下：對于小型、緊湊的衛星，其界面振動比通過聲場更加劇烈，需進行隨機振動試驗，而不是進行聲學試驗。給出了同樣基于單自由度的系統、一階共振頻率來進行計算，給出了一種面積質量比剪裁定量公式，最終得出的結論是當面積質量比大于0.083m²/kg時，噪聲試驗比較有效，反之隨機試驗比較有效。

國內主要的衛星研制單位，GJB1027A是相關試驗的重要參考依據。包括中國東方紅衛星股份有限公司、中科院上海微小衛星研究院、長光衛星技術有限公司等。目前大多數小衛星進行隨機振動試驗驗證，只有少部分開展了噪聲試驗驗證，對于小衛星隨機振動試驗驗證方式的剪裁還沒有統一結論。與國外標準相比，GJB1027A中主要參考NASA-STD-7001，因此相關規定基本與NASA-STD-7001協調。因此，總體來說，我國目前缺少對于面積質量比等維度對于隨機/噪聲試驗剪裁影響的精準力學模型，也缺少相關參數對于隨機/噪聲試驗剪裁的具體剪裁指標。

發明內容

本發明的技術解決問題是：量化衛星隨機振動試驗和噪聲試驗剪裁依據，充分考慮了衛星每階模態對振動的貢獻量，具有適用性強的特點。

為了實現上述目的，本發明采用了如下的技術方案：

基于面質比的衛星隨機振動與噪聲試驗剪裁方法，包括如下步驟：

(1)根據衛星隨機振動試驗條件，進行衛星動力學頻響仿真分析，獲取衛星關鍵位置頻響最大值對應頻率所對應的隨機振動試驗條件功率譜密度值PSD_fn；

(2)根據衛星聲試驗條件，進行航天聲致振動響應仿真分析，獲取衛星關鍵位置頻響最大值對應頻帶所對應的聲試驗條件聲壓級spl；