航天器整星微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境地面試驗(yàn)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及航天器環(huán)境模擬試驗(yàn)技術(shù)和試驗(yàn)方法領(lǐng)域，作為航天器整星級(jí)微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境地面試驗(yàn)方法，包括試驗(yàn)的準(zhǔn)備、試驗(yàn)的實(shí)施、試驗(yàn)的完成等完整的試驗(yàn)方法和流程。通過(guò)該試驗(yàn)方法實(shí)施可以對(duì)航天器系統(tǒng)的進(jìn)行了航天器整星級(jí)微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境的考核，能準(zhǔn)確暴露和發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方面的缺陷、考核有效載荷在微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境下的工作能力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】航天器整星微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境地面試驗(yàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境模擬試驗(yàn)方法【技術(shù)領(lǐng)域】。具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及一種航天器整星的微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境地面的試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我國(guó)衛(wèi)星中的光學(xué)載荷分辨率在逐步提高，這樣各種設(shè)計(jì)精良的高精度相機(jī)，其性能和精度均將遠(yuǎn)超過(guò)現(xiàn)有型號(hào)，特別是高分辨率的性能要求導(dǎo)致航天器對(duì)微擾動(dòng)的敏感度增大，星體微幅抖動(dòng)對(duì)成像質(zhì)量的影響不可忽略，當(dāng)擾振幅值對(duì)相機(jī)成像質(zhì)量產(chǎn)生的影響達(dá)到不可接受的程度時(shí)，必須采取有效措施加以抑制或補(bǔ)償。同樣，在通信衛(wèi)星中由于激光通訊技術(shù)的應(yīng)用對(duì)航天器的微振動(dòng)環(huán)境的要求也將非常迫切。
[0003]這些微擾動(dòng)直接影響到航天器在軌的工作狀態(tài)，為此，在航天器的研制各階段都應(yīng)將微振動(dòng)環(huán)境作為設(shè)計(jì)、控制、驗(yàn)證的重要內(nèi)容。在設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮微振動(dòng)的控制，在航天器的初樣階段應(yīng)獲取微振動(dòng)響應(yīng)分析傳遞路徑及干擾源的影響效應(yīng)，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)改進(jìn)提供必要、可靠的依據(jù)，在航天器的正樣階段，獲得航天器在模擬環(huán)境下的微振動(dòng)響應(yīng)，考核有效載荷在微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境下的工作能力。
[0004]航天器微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)在國(guó)內(nèi)外尚處于一個(gè)發(fā)展階段，目前國(guó)際上還未見(jiàn)到關(guān)于航天器微振動(dòng)地面試驗(yàn)方法的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，隨著我國(guó)航天器微振動(dòng)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，迫切需要成熟、科學(xué)的試驗(yàn)方法，驗(yàn)證航天器微振動(dòng)抑制和隔離的效果，在地面環(huán)境考核航天器的有效載荷在微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境下的工作能力。雖然目前我國(guó)在2012年發(fā)布了關(guān)于微振動(dòng)領(lǐng)域的第一個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《Q/QJA95-2012航天器微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境地面測(cè)試方法》，但只是涉及航天器微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境地面試驗(yàn)中的測(cè)試方法，對(duì)于航天器微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)方法中的自由邊界的模擬方法、試驗(yàn)流程、系統(tǒng)的試驗(yàn)方法未設(shè)計(jì)。本發(fā)明的試驗(yàn)項(xiàng)目包括自由邊界模擬裝置支撐頻率測(cè)試、自由邊界模擬狀態(tài)的模態(tài)試驗(yàn)、自由邊界模擬狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)傳遞特性測(cè)試、擾振響應(yīng)測(cè)試方法。(1)通過(guò)自由邊界模擬裝置支撐頻率測(cè)試方法獲得自由邊界模擬裝置與航天器組成的系統(tǒng)的前六階剛體模態(tài)，進(jìn)而確定自由邊界模擬裝置對(duì)航天器在軌狀態(tài)模擬的影響；(2)通過(guò)自由邊界的模態(tài)試驗(yàn)獲得航天器自由邊界的整星模態(tài)參數(shù)，包括模態(tài)頻率，模態(tài)阻尼和模態(tài)振型等參數(shù)，為航天器自由-自由狀態(tài)有限元分析、修正提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)；(3)通過(guò)自由邊界狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)傳遞特性測(cè)試獲得從航天器擾振源到敏感載荷安裝位置的傳遞特性，獲取航天器擾源產(chǎn)生的微振動(dòng)經(jīng)過(guò)航天器結(jié)構(gòu)衰減或放大的特性，以改善航天器結(jié)構(gòu)避免航天器結(jié)構(gòu)與擾振的耦合影響；(4)通過(guò)擾振響應(yīng)測(cè)試方法測(cè)試擾振源及敏感載荷安裝位置及敏感載荷的微振動(dòng)響應(yīng)，進(jìn)而獲取擾振源的擾振特性及敏感載荷安裝位置級(jí)敏感載荷的微振動(dòng)響應(yīng)特性。通過(guò)以上系統(tǒng)的試驗(yàn)方法可以實(shí)現(xiàn)在地面環(huán)境的微振動(dòng)試驗(yàn)對(duì)航天器抗微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境的考核，暴露和發(fā)現(xiàn)航天器總體設(shè)計(jì)方面的缺陷、獲取航天器自由邊界下的結(jié)構(gòu)特性，為修正分析模型提供數(shù)據(jù)依據(jù)；考核敏感載荷在微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境下的工作能力。值得一提的是對(duì)于模態(tài)試驗(yàn)方法已經(jīng)是本領(lǐng)域中的成熟技術(shù)，不是本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵，但自由邊界模擬裝置支撐頻率測(cè)試、自由邊界模擬狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)傳遞特性測(cè)試、擾振響應(yīng)測(cè)試方法及由包括自由邊界模擬裝置支撐頻率測(cè)試、自由邊界模擬狀態(tài)的模態(tài)試驗(yàn)、自由邊界模擬狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)傳遞特性測(cè)試、擾振響應(yīng)測(cè)試方法組成的系統(tǒng)的試驗(yàn)方法是本發(fā)明的關(guān)鍵，在
【發(fā)明內(nèi)容】
中會(huì)詳細(xì)介紹。基于本發(fā)明包括的試驗(yàn)?zāi)Ｊ?、試?yàn)方法、試驗(yàn)流程，我所已完成多型號(hào)的航天器整星級(jí)微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境地面試驗(yàn)，方法科學(xué)有效。
[0005]其中涉及的航天器自由邊界模擬裝置可參見(jiàn)中國(guó)專(zhuān)利201310339738.6，術(shù)語(yǔ)“支撐頻率”是指航天器與自由邊界模擬裝置的的前6階模態(tài)頻率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種包括試驗(yàn)方法、試驗(yàn)工況、試驗(yàn)流程在內(nèi)的航天器整星級(jí)微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境地面試驗(yàn)方法，該方法包括自由邊界模擬裝置支撐頻率測(cè)試、自由邊界模擬狀態(tài)的模態(tài)試驗(yàn)、自由邊界模擬狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)傳遞特性測(cè)試、擾振響應(yīng)測(cè)試方法。應(yīng)用該試驗(yàn)方法系統(tǒng)地進(jìn)行了航天器整星級(jí)抗微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境的考核，暴露和發(fā)現(xiàn)航天器設(shè)計(jì)方面的缺陷、考核敏感載荷在微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境下的工作能力。
[0007] 本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0008]航天器整星級(jí)微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境地面試驗(yàn)方法，包括自由邊界模擬裝置支撐頻率測(cè)試、自由邊界模擬狀態(tài)的模態(tài)試驗(yàn)、自由邊界模擬狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)傳遞特性測(cè)試、擾振響應(yīng)測(cè)試方法，該試驗(yàn)方法包含以下步驟:
[0009]一、 自由邊界模擬裝置支撐頻率測(cè)試
[0010]1.試驗(yàn)準(zhǔn)備:
[0011]a)選擇性能不低于以下指標(biāo)的電容式加速度傳感器及角位移傳感器，電容式傳感器的主要性能為(1)傳感器靈敏度500mv/g ;(2)頻率范圍0~500Hz ;角位移傳感器主要性能為(1)幅值精度優(yōu)于2% ；(2)頻率范圍0.5~500Hz ；
[0012]b)在航天器的主結(jié)構(gòu)位置、航天器與自由邊界模擬裝置的連接位置上按照航天器直角坐標(biāo)系的Χ、y、z三個(gè)方向(一般X、Y向?yàn)樗秸坏膬蓚€(gè)方向，Ζ向?yàn)檎坏拇怪钡孛娴姆较?安裝多個(gè)電容式加速度傳感器及角位移傳感器；
[0013]c)將航天器通過(guò)整星接口與自由邊界模擬裝置連接；
[0014]d)將電容式傳感器導(dǎo)線(xiàn)連接至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，構(gòu)建測(cè)量支撐頻率的測(cè)量系統(tǒng)；
[0015]e)數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)參數(shù)設(shè)置(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣率設(shè)置200Hz、頻率范圍設(shè)置0~100Hz、采集時(shí)間設(shè)置大于50S、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)方式設(shè)置時(shí)域數(shù)據(jù)和頻譜數(shù)據(jù))；
[0016]2.試驗(yàn)測(cè)試:
[0017]a)為獲取X/Y向彎曲頻率，應(yīng)用擺式法即在航天器的偏離質(zhì)心位置附近、航天器表面分別沿X/Y方向施加推力，使航天器與自由邊界模擬裝置組成的系統(tǒng)偏離平衡位置，該外力大小以能夠使系統(tǒng)振湯為準(zhǔn)；
[0018]b)釋放外力，使系統(tǒng)振蕩，同時(shí)進(jìn)行時(shí)域數(shù)據(jù)采集和處理；
[0019]c)采集、處理數(shù)據(jù)結(jié)束，根據(jù)時(shí)域信號(hào)特征及頻譜分析，獲取X/Y向彎曲頻率，其中，f=l/T, f-頻率；τ-時(shí)域周期信號(hào)的一個(gè)周期；
[0020]d)為獲取Ζ向平動(dòng)頻率，應(yīng)用擺式法即在航天器的Z向上表面或下表面附近沿Z向施加外力，使航天器與自由邊界模擬裝置組成的系統(tǒng)偏離平衡位置，該推力以能夠使系統(tǒng)振湯為準(zhǔn)；
[0021]e)釋放外力，使系統(tǒng)振蕩，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理；
[0022]f)采集、處理數(shù)據(jù)結(jié)束，根據(jù)時(shí)域信號(hào)特征及頻譜分析，獲取Z向平動(dòng)支撐頻率。
[0023]g)為獲取Z向扭轉(zhuǎn)頻率，應(yīng)用擺式法即在航天器的質(zhì)心位置附近航天器表面在XY平面45度對(duì)稱(chēng)位置同時(shí)沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蚴┘优まD(zhuǎn)力，使航天器與自由邊界模擬裝置組成的系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)，該外力以能夠使系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振蕩為準(zhǔn)；
[0024]h)釋放外力，使系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振蕩，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理；
[0025]i)采集、處理數(shù)據(jù)結(jié)束，根據(jù)時(shí)域信號(hào)特征及頻譜分析，獲取Z向扭轉(zhuǎn)支撐頻率，其中，f=l/T, f-頻率；τ-時(shí)域周期信號(hào)的一個(gè)周期；
[0026]二、自由邊界模擬狀態(tài)的模態(tài)試驗(yàn)
[0027]自由邊界的模態(tài)試驗(yàn)特點(diǎn)是將航天器安裝于自由邊界的模擬裝置上，再應(yīng)用已知的模態(tài)試驗(yàn)方法獲得航天器自由邊界的整星模態(tài)參數(shù)，包括模態(tài)頻率，模態(tài)阻尼和模態(tài)振型；
[0028]三、自由邊界模擬狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)傳遞特性測(cè)試
[0029]1.試驗(yàn)準(zhǔn)備:
[0030]a)選擇性能不低于以下指標(biāo)的壓電式微加速度傳感器，其主要性能為:(1)傳感器靈敏度1000mv/g ；(2)頻率范圍0.5~1000Hz ；(3)幅值分辨率0.00005gfflS ；
[0031]b)選擇性能不低于`以下指標(biāo)的激勵(lì)器系統(tǒng)，其主要性能:(1)工作頻率范圍2~1000Hz ；(2)激勵(lì)器激勵(lì)力200N ；
[0032]c)在航天器結(jié)構(gòu)的擾源安裝位置和敏感載荷安裝位置、擾源、敏感載荷以及從擾源至敏感載荷的力的傳遞路徑按照航天器直角坐標(biāo)系的X、Y、Z三個(gè)方向設(shè)置若干微加速度傳感器；
[0033]d)將航天器與自由邊界模擬裝置連接；
[0034]e)分別在擾源安裝位置及附近按照航天器直角坐標(biāo)系的X、Y、Z方向設(shè)置激勵(lì)器；
[0035]2.試驗(yàn)方法:
[0036]a)進(jìn)行隨機(jī)激勵(lì)傳遞特性測(cè)試，其中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù):(1)根據(jù)敏感載荷的敏感頻率設(shè)置分析頻率范圍；(2)測(cè)量數(shù)據(jù)包括傳遞函數(shù)和相干函數(shù)；(3)頻率分辨率為0.1Hz ; (4)采集數(shù)據(jù)平均方式及平均次數(shù)；進(jìn)行掃描正弦激勵(lì)傳遞特性測(cè)試，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù):(1)根據(jù)敏感載荷的敏感頻率設(shè)置分析頻率范圍；(2)掃描方式為線(xiàn)性或?qū)?shù)掃描方式；(3)頻率分辨率為0.1Hz ； (4)掃描速率2倍頻程/分鐘或4倍頻程/分鐘；
[0037]b)隨機(jī)激勵(lì)力設(shè)置:在測(cè)試頻率范圍內(nèi)選擇激勵(lì)力1N?S、2NMS……5Nrms、IONrms,20Nrms,30Nrms ;選擇三個(gè)激勵(lì)量級(jí)以能夠獲取線(xiàn)性的傳遞特性；
[0038]c)啟動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)進(jìn)行激勵(lì)，數(shù)據(jù)采集和處理獲取傳遞特性；
[0039]d)正弦激勵(lì)力設(shè)置:在測(cè)試頻率范圍內(nèi)選擇1N、2N……5N、10N、20N、30N ;選擇三個(gè)激勵(lì)量級(jí)以能夠獲取線(xiàn)性的傳遞特性；
[0040]e)啟動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)進(jìn)行激勵(lì)，數(shù)據(jù)采集和處理獲取傳遞特性；
[0041]f)將隨機(jī)激勵(lì)和掃描正弦激勵(lì)獲取的傳遞特性進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)行傳遞特性效驗(yàn)；
[0042]四、擾振響應(yīng)測(cè)試[0043]1.試驗(yàn)準(zhǔn)備:
[0044]a)選擇性能不低于以下指標(biāo)的壓電式微加速度傳感器，其主要性能為:(1)傳感器靈敏度1000mv/g ；(2)頻率范圍0.5?IOOOHz ；(3)幅值分辨率0.00005gfflS ；
[0045]b)選擇性能不低于以下指標(biāo)的角位移傳感器，其主要性能為:(1)角位移分辨率
0.01角秒；(2)頻率范圍0.5?500Hz ；(3)幅值精度2% ；
[0046]c)選擇性能不低于以下指標(biāo)的環(huán)境噪聲測(cè)量傳感器，其主要性能為:(I)傳感器靈敏度10000mv/g ；(2)頻率范圍0.5?IOOOHz ；
[0047]d)在航天器結(jié)構(gòu)的擾源安裝位置、敏感載荷安裝位置、擾源以及敏感載荷上按照航天器直角坐標(biāo)系的X、Y、Z三個(gè)方向安裝若干微加速度傳感器；
[0048]e)在航天器敏感載荷安裝位置及敏感載荷上按照航天器直角坐標(biāo)系的X、Y、Z三個(gè)方向安裝角位移傳感器；
[0049]f)在自由邊界模擬裝置的上、下界面分別安裝環(huán)境噪聲傳感器；
[0050]g)除測(cè)試試驗(yàn)室符合GJB1027A-2005所要求的大氣、溫度、濕度環(huán)境外，應(yīng)使擾振測(cè)試試驗(yàn)室盡量消除地噪聲、聲噪聲、電噪聲對(duì)擾振測(cè)試的影響，環(huán)境噪聲小于被測(cè)信號(hào)最低量級(jí)的1/3倍?1/5倍的試驗(yàn)室環(huán)境；
[0051]h)將航天器通過(guò)整星接口與自由邊界模擬裝置連接；
[0052]2.試驗(yàn)方法:
[0053]a)關(guān)閉與試驗(yàn)無(wú)關(guān)的儀器，關(guān)閉星上設(shè)備；
[0054]b)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)置:(1)頻率范圍(根據(jù)敏感載荷的敏感頻率設(shè)置);(2)數(shù)據(jù)記錄和處理方式(時(shí)域或頻域)；
[0055]c)進(jìn)行航天器的微加速度、角位移的背景噪聲及環(huán)境噪聲測(cè)試；
[0056]d)按照表I的試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)，將擾振源出于工作狀態(tài)；
[0057]e)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行微加速度、角位移的擾振響應(yīng)測(cè)試。
[0058]其中，X、Y向?yàn)樗秸坏膬蓚€(gè)方向，Z向?yàn)檎坏拇怪钡孛娴姆较颍?br> [0059]其中，支撐頻率測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣率為200Hz、頻率范圍為O?IOOHz、采集時(shí)間大于50S、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)方式為時(shí)域數(shù)據(jù)和頻譜數(shù)據(jù)。
[0060]其中，分析頻率范圍要根據(jù)敏感載荷的敏感頻率設(shè)置；
[0061]其中，擾振響應(yīng)測(cè)試時(shí)域信號(hào)包括時(shí)域原始信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)方差；
[0062]其中，擾振響應(yīng)測(cè)試頻域數(shù)據(jù)包括頻譜和功率譜。
[0063]本發(fā)明技術(shù)方案的特點(diǎn)包括:
[0064](I)具有技術(shù)可行性。該方法是在力學(xué)的基本原理結(jié)合試驗(yàn)特點(diǎn)，提出的新試驗(yàn)?zāi)Ｊ健⒃囼?yàn)工況、流程；
[0065](2)應(yīng)用該方法可以完整、科學(xué)在地面自由邊界模擬狀態(tài)下獲得航天器自由邊界模擬特性、航天器自由邊界模擬狀態(tài)下的模態(tài)特性、自由邊界模擬狀態(tài)下擾振的傳遞特性、自由邊界模擬狀態(tài)下的擾振響應(yīng)特性，進(jìn)而進(jìn)行航天器減振、隔振特性的評(píng)估，評(píng)估航天器敏感載荷抗微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境的能力；
[0066](3)試驗(yàn)方法、試驗(yàn)流程及試驗(yàn)工況的設(shè)計(jì)便于工程化應(yīng)用；
[0067](4)目前，基于本發(fā)明包括的試驗(yàn)?zāi)Ｊ健⒃囼?yàn)方法、試驗(yàn)流程及試驗(yàn)工況的設(shè)計(jì)，我所已研制并完成了多型號(hào)航天器整星微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境地面試驗(yàn)方法中，試驗(yàn)結(jié)果有效?！緦?zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0068]圖1?圖2是本發(fā)明方法的步驟之一的自由邊界模擬裝置支撐頻率測(cè)試方法示意圖。
[0069]圖1進(jìn)行X向施加力，獲得航天器和自由邊界模擬裝置組成的系統(tǒng)X向彎曲頻率特性(同理進(jìn)行Y向施加力，獲得航天器和自由邊界模擬裝置組成的系統(tǒng)Y向彎曲頻率特性)，
[0070]I為航天器；2為自由邊界模擬裝置；3為推力。
[0071]圖2進(jìn)行Z向施加扭轉(zhuǎn)力，獲得航天器和自由邊界模擬裝置組成的系統(tǒng)Z向扭轉(zhuǎn)頻率特性。
[0072]I為航天器；2為自由邊界模擬裝置；3'為扭轉(zhuǎn)力。
[0073]圖3是本發(fā)明方法的步驟之一的擾振測(cè)試方法中環(huán)境噪聲的測(cè)試示意圖。
[0074]其中I是航天器，2是敏感載荷，3是擾振源，4是自由邊界模擬裝置，5是微振動(dòng)傳感器，6是環(huán)境噪聲傳感器，7是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，8是角位移傳感器，9是角位移采集系統(tǒng)。
[0075]圖4是本發(fā)明方法的步驟之一的航天器擾振響應(yīng)測(cè)試方法示意圖。
[0076]其中I是航天器，2是敏感載荷，3是擾振源，4是自由邊界模擬裝置，5是微振動(dòng)傳感器，7是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，8是角位移傳感器，9是角位移采集系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0077]以下介紹的是作為本發(fā)明所述內(nèi)容的【具體實(shí)施方式】，下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的所述內(nèi)容作進(jìn)一步的闡明。當(dāng)然，描述下列【具體實(shí)施方式】只為示例本發(fā)明的不同方面的內(nèi)容，而不應(yīng)理解為限制本發(fā)明范圍。
[0078]以下結(jié)合附圖，通過(guò)【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0079]參見(jiàn)圖1-2，圖1?圖2是自由邊界模擬裝置支撐頻率測(cè)試方法示意圖。自由邊界模擬裝置支撐頻率測(cè)試方法可參見(jiàn)中國(guó)專(zhuān)利201310598185.6。圖1分別是對(duì)XY方向施加力的作用情況下示意圖；圖2是施加扭轉(zhuǎn)力的作用情況下的示意圖。
[0080]具體來(lái)說(shuō)，作為本發(fā)明方法中的步驟之一，自由邊界模擬裝置支撐頻率測(cè)試的步驟包括:
[0081]試驗(yàn)準(zhǔn)備:
[0082]選擇性能不低于以下指標(biāo)的電容式加速度傳感器及角位移傳感器，電容式傳感器其主要性能為:(I)傳感器靈敏度500mv/g ; (2)頻率范圍O?500Hz ;角位移傳感器主要性能:(I)幅值精度優(yōu)于2% ；(2)頻率范圍:0.5?500Hz ；
[0083]在航天器的主結(jié)構(gòu)位置、航天器與自由邊界模擬裝置的連接位置上按照航天器直角坐標(biāo)系的x、Y、z三個(gè)方向(一般X、Y向?yàn)樗秸坏膬蓚€(gè)方向，Z向?yàn)檎坏拇怪钡孛娴姆较?安裝多個(gè)電容式加速度傳感器及角位移傳感器；
[0084]將航天器通過(guò)整星接口與自由邊界模擬裝置連接；
[0085]將電容式傳感器導(dǎo)線(xiàn)連接至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，構(gòu)建測(cè)量支撐頻率的測(cè)量系統(tǒng)；
[0086]數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)參數(shù)設(shè)置(數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣率設(shè)置200Hz、頻率范圍設(shè)置O?100Hz、采集時(shí)間設(shè)置大于50S、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)方式設(shè)置時(shí)域數(shù)據(jù)和頻譜數(shù)據(jù))。[0087]試驗(yàn)測(cè)試:
[0088]為獲取X/Y向彎曲頻率，應(yīng)用擺式法即在航天器的偏離質(zhì)心位置附近、航天器表面分別沿_X/Y方向施加推力，使航天器與自由邊界模擬裝置組成的系統(tǒng)偏離平衡位置，該外力大小以能夠使系統(tǒng)振湯為準(zhǔn)；
[0089]釋放外力，使系統(tǒng)振蕩，同時(shí)進(jìn)行時(shí)域數(shù)據(jù)采集和處理；
[0090]采集、處理數(shù)據(jù)結(jié)束，根據(jù)時(shí)域信號(hào)特征及頻譜分析，獲取Χ/Υ向彎曲頻率(f=l/T，f-頻率；τ-時(shí)域周期信號(hào)的一個(gè)周期)。
[0091]為獲取Z向平動(dòng)頻率，應(yīng)用擺式法即在航天器的Z向上表面或下表面附近沿Z向施加外力，使航天器與自由邊界模擬裝置組成的系統(tǒng)偏離平衡位置，該推力以能夠使系統(tǒng)振湯為準(zhǔn)；
[0092]釋放外力，使系統(tǒng)振蕩，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理；
[0093]采集、處理數(shù)據(jù)結(jié)束，根據(jù)時(shí)域信號(hào)特征及頻譜分析，獲取Z向平動(dòng)支撐頻率。
[0094]為獲取Z向扭轉(zhuǎn)頻率，應(yīng)用擺式法即在航天器的質(zhì)心位置附近航天器表面在XY平面45度對(duì)稱(chēng)位置同時(shí)沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蚴┘优まD(zhuǎn)力，使航天器與自由邊界模擬裝置組成的系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)，該外力以能夠使系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振蕩為準(zhǔn)；
[0095]釋放外力，使系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振蕩，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理；
[0096]采集、處理數(shù)據(jù)結(jié)束，根據(jù)時(shí)域信號(hào)特征及頻譜分析(f=l/T，f_頻率；T-時(shí)域周期信號(hào)的一個(gè)周期)，獲取Z向扭轉(zhuǎn)支撐頻率。
[0097]具體來(lái)說(shuō)，作為本發(fā)明方法中的步驟之一，自由邊界模擬狀態(tài)的模態(tài)試驗(yàn)包括:
[0098]自由邊界的模態(tài)試驗(yàn)特點(diǎn)主要是將航天器安裝于自由邊界的模擬裝置上，然后應(yīng)用模態(tài)試驗(yàn)方法獲得航天器自由邊界的整星模態(tài)參數(shù)，包括模態(tài)頻率，模態(tài)阻尼和模態(tài)振型等參數(shù)，為航天器自由-自由狀態(tài)有限元分析、修正提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。它是航天器微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)方法中的組成部分，是發(fā)明的試驗(yàn)項(xiàng)目不可缺少的內(nèi)容，但試驗(yàn)方法不是本發(fā)明的內(nèi)容。
[0099]作為本發(fā)明方法中的步驟之一，自由邊界模擬狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)傳遞特性測(cè)試包括:
[0100]試驗(yàn)準(zhǔn)備:
[0101]選擇性能不低于以下指標(biāo)的壓電式微加速度傳感器，其主要性能為:(1)傳感器靈敏度1000mv/g ；(2)頻率范圍0.5~1000Hz ；(3)幅值分辨率0.00005gfflS ；
[0102]選擇性能不低于一下指標(biāo)的激勵(lì)器系統(tǒng)，其主要性能:(1)工作頻率范圍2~1000Hz ；(2)激勵(lì)器激勵(lì)力200N ；
[0103]在航天器結(jié)構(gòu)的擾源安裝位置和敏感載荷安裝位置、擾源、敏感載荷及從擾源至敏感載荷得力的傳遞路徑按照航天器直角坐標(biāo)系的X、Y、Z三個(gè)方向(一般X、Y向?yàn)樗秸坏膬蓚€(gè)方向，Z向?yàn)檎坏拇怪钡孛娴姆较?安裝微加速度傳感器若干；
[0104]將航天器與自由邊界模擬裝置連接；
[0105]分別在擾源安裝位置及附近按照航天器直角坐標(biāo)系的X、Y、Z方向安裝激勵(lì)器；
[0106]試驗(yàn)方法:
[0107]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置，隨機(jī)激勵(lì)傳遞特性測(cè)試:(I)分析頻率范圍(根據(jù)敏感載荷的敏感頻率設(shè)置);(2)數(shù)據(jù)測(cè)量及處理方式:傳遞函數(shù)、相干函數(shù)(3)頻率分辨率:一般為0.1Hz ; (4)數(shù)據(jù)平均方式及平均次數(shù)。掃描正弦激勵(lì)傳遞特性測(cè)試:(I)分析頻率范圍(根據(jù)敏感載荷的敏感頻率設(shè)置);(2)掃描方式(線(xiàn)性或?qū)?shù))；(3)頻率分辨率一般為
0.1Hz ； (4)掃描速率2倍頻程/分鐘或4倍頻程/分鐘等；
[0108]隨機(jī)激勵(lì)力設(shè)置:一般在測(cè)試頻率范圍內(nèi)選擇1N?S、2N?S……5N?S、IONrms, 20Nrms,30Nms 般選擇三個(gè)激勵(lì)量級(jí)以能夠獲取線(xiàn)性的傳遞特性
[0109]啟動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)進(jìn)行激勵(lì)，數(shù)據(jù)采集和處理獲取傳遞特性；
[0110]正弦激勵(lì)力設(shè)置:一般在測(cè)試頻率范圍內(nèi)選擇1N、2N……5N、10N、20N、30N;—般選擇三個(gè)激勵(lì)量級(jí)以能夠獲取線(xiàn)性的傳遞特性；
[0111]啟動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)進(jìn)行激勵(lì)，數(shù)據(jù)采集和處理獲取傳遞特性；
[0112]將隨機(jī)激勵(lì)和掃描正弦激勵(lì)獲取的傳遞特性進(jìn)行比對(duì)，獲取一致性的傳遞特性。
[0113]參見(jiàn)圖3，圖3本發(fā)明方法的步驟之一的擾振測(cè)試方法中環(huán)境噪聲的測(cè)試示意圖。
[0114]參見(jiàn)圖4，圖4是本發(fā)明方法的步驟之一的航天器擾振響應(yīng)測(cè)試方法示意圖。作為本發(fā)明方法中的步驟之一，本發(fā)明方法中的擾振響應(yīng)測(cè)試包括:
[0115]試驗(yàn)準(zhǔn)備:
[0116]選擇性能不低于以下指標(biāo)的壓電式微加速度傳感器，其主要性能為:(1)傳感器靈敏度1000mv/g ；(2)頻率范圍0.5~1000Hz ；(3)幅值分辨率0.00005gRMS ；
[0117]選擇性能不低 于以下指標(biāo)的角位移傳感器，其主要性能為:(1)角位移分辨率
0.01角秒；(2)頻率范圍0.5~500Hz ；(3)幅值精度:2% ；
[0118]選擇性能不低于以下指標(biāo)的環(huán)境噪聲測(cè)量傳感器:(I)傳感器靈敏度lOOOOmv/g ；
(2)頻率范圍0.5~1000Hz ；
[0119]在航天器結(jié)構(gòu)的擾源安裝位置和敏感載荷安裝位置、擾源、敏感載荷按照航天器直角坐標(biāo)系的X、Y、Z三個(gè)方向(一般X、Y向?yàn)樗秸坏膬蓚€(gè)方向，Z向?yàn)檎坏拇怪钡孛娴姆较?安裝微加速度傳感器若干；
[0120]在航天器敏感載荷安裝位置及敏感載荷按照航天器直角坐標(biāo)系的X、Y、Z三個(gè)方向(一般Χ、Υ向?yàn)樗秸坏膬蓚€(gè)方向，Z向?yàn)檎坏拇怪钡孛娴姆较?安裝角位移傳感器；
[0121]在自由邊界模擬裝置安裝上、下界面分別安裝環(huán)境噪聲傳感器；
[0122]除測(cè)試試驗(yàn)室符合GJB1027A-2005所要求的大氣、溫度、濕度環(huán)境外，應(yīng)使擾振測(cè)試試驗(yàn)室盡量消除地噪聲、聲噪聲、電噪聲對(duì)擾振測(cè)試的影響,一般選擇環(huán)境噪聲一般小于被測(cè)信號(hào)最低量級(jí)的1/3倍~1/5倍的試驗(yàn)室環(huán)境；
[0123]將航天器通過(guò)整星接口與自由邊界模擬裝置連接。
[0124]試驗(yàn)方法:
[0125]關(guān)閉與試驗(yàn)無(wú)關(guān)的儀器，關(guān)閉星上設(shè)備；
[0126]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)置:(I)頻率范圍(根據(jù)敏感載荷的敏感頻率設(shè)置);(2)數(shù)據(jù)記錄、處理方式:時(shí)域(時(shí)域原始信號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)方差)、頻域(頻譜、功率譜);
[0127]進(jìn)行航天器的微加速度、角位移的背景噪聲及環(huán)境噪聲測(cè)試；
[0128]按照表1的試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)，將擾振源出于工作狀態(tài)；
[0129]數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行微加速度、角位移的擾振響應(yīng)測(cè)試。
[0130]例如，本發(fā)明方法步驟之一的航天器擾振響應(yīng)測(cè)試方法的工況設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表1。
[0131]表1擾振響應(yīng)測(cè)試工況設(shè)計(jì)方案
[0132]
【權(quán)利要求】
1.航天器整星級(jí)微振動(dòng)力學(xué)環(huán)境地面試驗(yàn)方法，包括自由邊界模擬裝置支撐頻率測(cè)試、自由邊界模擬狀態(tài)的模態(tài)試驗(yàn)、自由邊界模擬狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)傳遞特性測(cè)試、擾振響應(yīng)測(cè)試方法，該試驗(yàn)方法包含以下步驟:1)自由邊界模擬裝置支撐頻率測(cè)試試驗(yàn)準(zhǔn)備:a)選擇性能不低于以下指標(biāo)的電容式加速度傳感器及角位移傳感器，電容式傳感器的主要性能為(1)傳感器靈敏度500mv/g ;(2)頻率范圍0~500Hz ;角位移傳感器主要性能為(1)幅值精度優(yōu)于2% ；(2)頻率范圍0.5~500Hz ；b)在航天器的主結(jié)構(gòu)位置、航天器與自由邊界模擬裝置的連接位置上按照航天器直角坐標(biāo)系的X、Y、Z三個(gè)方向安裝多個(gè)電容式加速度傳感器及角位移傳感器；c)將航天器通過(guò)整星接口與自由邊界模擬裝置連接；d)將電容式傳感器導(dǎo)線(xiàn)連接至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，構(gòu)建測(cè)量支撐頻率的測(cè)量系統(tǒng)；e)數(shù)據(jù)采集、處理、存儲(chǔ)參數(shù)設(shè)置；試驗(yàn)測(cè)試:a)為獲取X/Y向彎曲頻率，應(yīng)用擺式法即在航天器的偏離質(zhì)心位置附近、航天器表面分別沿X/Y方向施加推力，使航天器與自由邊界模擬裝置組成的系統(tǒng)偏離平衡位置，該外力大小以能夠使系統(tǒng)振湯為準(zhǔn)；b)釋放外力，使系統(tǒng)振蕩，同·時(shí)進(jìn)行時(shí)域數(shù)據(jù)采集和處理；c)采集、處理數(shù)據(jù)結(jié)束，根據(jù)時(shí)域信號(hào)特征及頻譜分析，獲取X/Y向彎曲頻率，其中，f=i/T, f-頻率；τ-時(shí)域周期信號(hào)的一個(gè)周期；d)為獲取Z向平動(dòng)頻率，應(yīng)用擺式法即在航天器的Z向上表面或下表面附近沿Z向施加外力，使航天器與自由邊界模擬裝置組成的系統(tǒng)偏離平衡位置，該推力以能夠使系統(tǒng)振蕩為準(zhǔn)；e)釋放外力，使系統(tǒng)振蕩，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理；f)采集、處理數(shù)據(jù)結(jié)束，根據(jù)時(shí)域信號(hào)特征及頻譜分析，獲取Z向平動(dòng)支撐頻率。g)為獲取Z向扭轉(zhuǎn)頻率，應(yīng)用擺式法即在航天器的質(zhì)心位置附近航天器表面在XY平面45度對(duì)稱(chēng)位置同時(shí)沿順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较蚴┘优まD(zhuǎn)力，使航天器與自由邊界模擬裝置組成的系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)，該外力以能夠使系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振蕩為準(zhǔn)；h)釋放外力，使系統(tǒng)扭轉(zhuǎn)振蕩，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理；i)采集、處理數(shù)據(jù)結(jié)束，根據(jù)時(shí)域信號(hào)特征及頻譜分析，獲取Z向扭轉(zhuǎn)支撐頻率，其中，f=l/T，f-頻率；T-時(shí)域周期信號(hào)的一個(gè)周期；2)自由邊界模擬狀態(tài)的模態(tài)試驗(yàn)自由邊界的模態(tài)試驗(yàn)特點(diǎn)是將航天器安裝于自由邊界的模擬裝置上，再應(yīng)用已知的模態(tài)試驗(yàn)方法獲得航天器自由邊界的整星模態(tài)參數(shù)，包括模態(tài)頻率，模態(tài)阻尼和模態(tài)振型；3)自由邊界模擬狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)傳遞特性測(cè)試試驗(yàn)準(zhǔn)備:a)選擇性能不低于以下指標(biāo)的壓電式微加速度傳感器，其主要性能為:(1)傳感器靈敏度1000mv/g ；(2)頻率范圍0.5~1000Hz ；(3)幅值分辨率0.00005gfflS ；b)選擇性能不低于以下指標(biāo)的激勵(lì)器系統(tǒng)，其主要性能:(1)工作頻率范圍2~1000Hz ；(2)激勵(lì)器激勵(lì)力200N ；c)在航天器結(jié)構(gòu)的擾源安裝位置和敏感載荷安裝位置、擾源、敏感載荷以及從擾源至敏感載荷的力的傳遞路徑按照航天器直角坐標(biāo)系的X、Y、Z三個(gè)方向設(shè)置若干微加速度傳感器；d)將航天器與自由邊界模擬裝置連接；f)分別在擾源安裝位置及附近按照航天器直角坐標(biāo)系的X、Y、Z方向設(shè)置激勵(lì)器；試驗(yàn)方法:a)進(jìn)行隨機(jī)激勵(lì)傳遞特性測(cè)試，其中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù):(1)根據(jù)敏感載荷的敏感頻率設(shè)置分析頻率范圍；(2)測(cè)量數(shù)據(jù)包括傳遞函數(shù)和相干函數(shù)；(3)頻率分辨率為0.1Hz ； (4)采集數(shù)據(jù)平均方式及平均次數(shù)；進(jìn)行掃描正弦激勵(lì)傳遞特性測(cè)試，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)置系統(tǒng)參數(shù):(1)根據(jù)敏感載荷的敏感頻率設(shè)置分析頻率范圍；(2)掃描方式為線(xiàn)性或?qū)?shù)掃描方式；(3)頻率分辨率為0.1Hz ; (4)掃描速率2倍頻程/分鐘或4倍頻程/分鐘；b)隨機(jī)激勵(lì)力設(shè)置:在測(cè)試頻率范圍內(nèi)選擇激勵(lì)力1N?S、2N?S……5N?s、10Nms、20Nms、30Nrms ;選擇三個(gè)激勵(lì)量級(jí)以能夠獲取線(xiàn)性的傳遞特性；c)啟動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)進(jìn)行激勵(lì)，數(shù)據(jù)采集和處理獲取傳遞特性；d)正弦激勵(lì)力設(shè)置:在測(cè)試頻率范圍內(nèi)選擇1N、2N……5N、10N、20N、30N;選擇三個(gè)激勵(lì)量級(jí)以能夠獲取線(xiàn)性的傳 遞特性；e)啟動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)進(jìn)行激勵(lì)，數(shù)據(jù)采集和處理獲取傳遞特性；f)將隨機(jī)激勵(lì)和掃描正弦激勵(lì)獲取的傳遞特性進(jìn)行比對(duì)，獲取一致性的傳遞特性；4)擾振響應(yīng)測(cè)試試驗(yàn)準(zhǔn)備:a)選擇性能不低于以下指標(biāo)的壓電式微加速度傳感器，其主要性能為:(1)傳感器靈敏度 1000mv/g ；(2)頻率范圍 0.5 ~1000Hz ；(3)幅值分辨率 0.00005gRMS ；b)選擇性能不低于以下指標(biāo)的角位移傳感器，其主要性能為:(1)角位移分辨率0.01角秒；(2)頻率范圍0.5~500Hz ；(3)幅值精度2% ；c)選擇性能不低于以下指標(biāo)的環(huán)境噪聲測(cè)量傳感器，其主要性能為:(1)傳感器靈敏度 10000mv/g ；(2)頻率范圍 0.5 ~1000Hz ；d)在航天器結(jié)構(gòu)的擾源安裝位置、敏感載荷安裝位置、擾源以及敏感載荷上按照航天器直角坐標(biāo)系的X、Y、Z三個(gè)方向安裝若干微加速度傳感器；e)在航天器敏感載荷安裝位置及敏感載荷上按照航天器直角坐標(biāo)系的X、Y、Z三個(gè)方向安裝角位移傳感器；f)在自由邊界模擬裝置的上、下界面分別安裝環(huán)境噪聲傳感器；g)除測(cè)試試驗(yàn)室符合GJB1027A-2005所要求的大氣、溫度、濕度環(huán)境外，應(yīng)使擾振測(cè)試試驗(yàn)室盡量消除地噪聲、聲噪聲、電噪聲對(duì)擾振測(cè)試的影響，環(huán)境噪聲小于被測(cè)信號(hào)最低量級(jí)的1/3倍~1/5倍的試驗(yàn)室環(huán)境；h)將航天器通過(guò)整星接口與自由邊界模擬裝置連接；試驗(yàn)方法:a)關(guān)閉與試驗(yàn)無(wú)關(guān)的儀器，關(guān)閉星上設(shè)備；b)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)置:(1)頻率范圍；(2)數(shù)據(jù)記錄和處理方式:時(shí)域、頻域；c)進(jìn)行航天器的微加速度、角位移的背景噪聲及環(huán)境噪聲測(cè)試；d)按照試驗(yàn)工況設(shè)計(jì)，將擾振源處于工作狀態(tài)；e)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行微加速度、角位移的擾振響應(yīng)測(cè)試。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，X、Y向?yàn)樗秸坏膬蓚€(gè)方向，Ζ向?yàn)檎坏拇怪钡孛娴姆较颉?br> 3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，支撐頻率測(cè)試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣率為200Hz、頻率范圍為0~100Hz、采集時(shí)間大于50S、數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)方式為時(shí)域數(shù)據(jù)和頻譜數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，分析頻率范圍要根據(jù)敏感載荷的敏感頻率設(shè)置。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，擾振響應(yīng)測(cè)試時(shí)域包括時(shí)域原始信號(hào)和標(biāo)準(zhǔn)方差。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的方法，其中，擾振響應(yīng)測(cè)試頻域數(shù)據(jù)包括頻譜和功率譜。
【文檔編號(hào)】G01M7/02GK103712759SQ201410005436
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】韓曉健, 劉明輝, 焦安超, 王光遠(yuǎn), 馮國(guó)松, 馮咬齊, 張俊剛, 樊世超, 岳志勇, 于兆吉 申請(qǐng)人:北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所