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动力学环境试验

[拼音]:donglixue huanjing shiyan

[外文]:dynamic environmental test

用模拟试验的方法检验飞行器在动力学环境(冲击、振动、噪声等)下的功能和适应性。飞行器整机的试验各有差异。航天器的动力学环境是航天器在运输、装卸、起落、飞行、发射、分离、变轨、返回等过程中由环境诱导而产生的。它不是模拟某一特定时刻航天器所经历的实际冲击、振动历程,而是对环境响应数据进行统计分析和包络而取得试验规范,作为环境试验的重要依据。

冲击环境主要是由点火、关机、分离、解锁等火工品工作引起的,称为爆炸冲击。太阳电池翼的展开、重力梯度杆和天线的伸展也会产生冲击。航天器在返回、着陆、着水时虽有降落伞等减速并采取各种缓冲措施,冲击仍较严重。冲击频响很宽,上限达20千赫,冲击源附近的过载响应高达10000g,作用时间以毫秒计,冲击响应随时间、距离的增大而衰减很快。在试验室常用趺落式或撞击式冲击台进行冲击模拟试验,所模拟的冲击谱在低频段偏于保守。爆炸冲击产生振荡衰减型冲击响应与单脉冲冲击不同,用真实火工品模拟(如爆炸螺栓模拟分离解锁等)效果较好。还可以在试验室用振动台模拟冲击谱的合成或瞬态波形的复现,但技术难度大,费用高。

振动环境主要来自发动机噪声、气动噪声、发动机推力脉动等。结构传递的振动频率一般在500赫以下,空气传递的振动频率为10赫~10千赫,都是宽频带随机振动,振动响应大小取决于结构的动特性,一般在100g以内。模拟振动的主要设备是振动台,配以水平滑台可实现三个方面的振动。振动台分为机械式、电磁式和电液式三种。机械式适用于100赫以下的振动试验,电磁式适用于5~3000赫的振动试验,电液式适用于极低频到300赫以下的振动试验。振动试验分单频共振试验、正弦扫频试验和随机振动试验。单频共振试验用于强度考核。正弦扫频试验因简单、经济而被广泛用作随机振动的等效试验。70年代模拟比较真实的随机振动试验技术有了很大的发展。

声学激振试验广泛应用于大型航天器,总声压级可达150~157分贝。对于面积/重量比大的部件,如太阳电池翼和抛物面天线需要进行声振试验(体积小、结构紧凑的航天器可用随机振动代替声振试验)。把航天器按发射状态的边界条件放在声学混响室内,用高声强的气动扬声器激励达到要求的声强和声谱;也可以把航天器置于特殊形状多声道的行波塔内,模拟高声强气动噪声。我国试验通信卫星采用这种方法进行声振试验。

完成动力试验需要测量、控制和数据处理系统,如加速度(或速度、位移)传感器、应变计、拾音器、信号调节器、频谱分析和合成仪、电平记录仪、示波器和计算机等。80年代振动试验广泛采用正弦带谷扫频、多点平均控制、数控随机振动等新方法,引入了试验裁剪、应力筛选等新概念,使可靠性试验和环境试验结合起来。电子技术的进步,使试验设备向着以小型、微型计算机为主体的数字控制、多功能、多终端、实时数据处理系统方向发展。先进的振动试验系统已能作正弦、随机和瞬态冲击等多种试验,还能兼作振动数据处理和模态分析。

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