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航天振動試驗�(shè)�
閱讀�2154時間�2020-10-16 14:40:37

航天行業(yè)�振動試驗有特殊要�,因為入軌衛(wèi)星的損傷不容易修�(fù)。對�(shè)備進行試驗是研制計劃的一個主要部�,要同時測試多個不同的參數(shù)。通過振動試驗來驗證所制造的系統(tǒng)的完整性。隨機計算機功能變得更加強大,現(xiàn)在已�(jīng)可以模擬振動或阻塞引起的不同頻率對結(jié)�(gòu)的影�。不�,這種分析是在�(jié)�(gòu)完好的模型上進行的,無法模擬因材料薄弱或制造缺陷而引起的響應(yīng)�

簡介

航天振動試驗�(shè)備的力千差萬別,氣冷的永磁振動機�(chǎn)�9N的正弦力,而水冷的振動機可以有�(shù)百牛。航天行�(yè)喜歡用水冷的振動�,可以保持清潔的�(huán)境進行�(wèi)星試驗。水冷振動機的力一般在80�300kN(正弦)。盡管有這么大的�,采用多臺振動機的試驗系�(tǒng)還是越來越常�,這是因為有效載荷的尺寸和重量增加�。一個共用平臺曾連接了多達四臺振動機,以便安裝有效載荷進行試驗。這樣,它們可以產(chǎn)生大�1000kN的力。LDS V900系列水冷振動機是航天�(lǐng)域事實上的標(biāo)準振動機�

組成

航天振動試驗�(shè)備一般由振動�、功率放大器、水平滑臺和控制測量系統(tǒng)組成�

振動�

振動臺是�(chǎn)生激振的主要�(shè)�,目前航天器振動試驗大多�(shù)采用電動振動�,它具有頻率范圍�、波形失真小、容易控制,并且可實�(xiàn)多個振動臺同步運行等優(yōu)點。電動振動臺主要由臺�、功率放大器、整流器(靜圈的電�)和輔助冷卻系�(tǒng)組成。臺體具有由振動臺面和驅(qū)動線圈組成的運動組件,在不動的直流勵磁線圈和鐵芯形成的恒定磁場中,使�(qū)動線圈產(chǎn)生交變的電磁�,從而激起振動臺面的振動。功率放大器是振動臺的動力源,它把來自信號源的小功率信號放大,供給驅(qū)動線圈足夠的、不失真的功�。功率放大器需要相�(yīng)的輔助冷卻系�(tǒng)�

目前振動臺的推力可達200 kN(正弦)以上,下限頻率可以低�2 Hz,如D4022LX雙振動臺,是�(dāng)時國際上最大的電動振動臺組�,兩臺振動臺合成推力�2×200 kN�

水平滑臺

水平滑臺是航天器作水平方向振動試驗用的輔助設(shè)�,是振動臺系�(tǒng)的組成部分,其工作原理是將滑臺臺面支承在靜壓軸承�,平臺和軸承間形成一�3�5mm的油�。油膜壓力在2�200 MPa間。如果衛(wèi)星質(zhì)量很�,臺面需要加強以增加剛度�

功率放大�

大規(guī)模開�(guān)式功率放大器(開關(guān)頻率�100 MHz)具有大功�、可組合、波形好、輸出阻抗高等優(yōu)�,此類功放和電動臺的動圈直接耦合,使電動臺下限頻率低�5 Hz�

控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是振動臺系統(tǒng)的核�,其實質(zhì)是自動調(diào)整輸出頻率和振幅,以實現(xiàn)自動控制的信號源。試驗條件只有通過控制系統(tǒng)才能實現(xiàn)。數(shù)字控制系�(tǒng)若為正弦掃頻振動控制,它�(yīng)能以不同速率進行線形�?qū)�?shù)掃頻;能自動進行定位�、定速度、定加速度,并能自動切�;能實�(xiàn)多點平均控制(極大、極�)和響�(yīng)限控�。控制系�(tǒng)若為隨機振動控制,它能提供各種形狀的功率譜�(shè)�;大動�(tài)范圍;高均衡精度,實現(xiàn)多點平均(極大、極�)控制和響�(yīng)限控�。目前振動控制系�(tǒng)都有自檢功能和完善的保護功能�

試驗夾具

試驗夾具是連接試驗件和振動臺面之間的傳力部�,保證試驗件在規(guī)定的振動量級之下得到考驗。因�,試驗夾具的性能指標(biāo)影響到振動試驗的真實可靠程度,需要認真對�。對試驗夾具的要求是:基頻盡量高,最好高于試驗的上限頻率,或者至少為試驗件基頻的3�5�;夾具連接面上各點的響�(yīng)要一�,以保證振動輸入的均勻�;夾具的橫向振動應(yīng)盡量�;夾具與試驗件的連接狀�(tài)�(yīng)盡量與實際狀�(tài)一致�

分類

電磁振動�

原理:通電線圈在恒定磁場中運動 �

特點:可模擬正弦,隨�,沖�,沖擊響�(yīng)譜,隨機加正弦等�(fù)雜模式的振動,振動模式設(shè)置靈活。配合水平滑臺可分別完成三個方向振��

�(yōu)點:頻率�(典型�5~3000Hz),波形失真小�

不足:臺面小,行程小,臺面漏磁,抗偏載能力弱,噪聲大,環(huán)境要求高,技�(shù)�(fù)�,維護成本高�

液壓振動�

原理:電信號�(zhuǎn)為液壓驅(qū)動軸向運��

特點� 同電磁振動臺可模擬正弦,隨機,沖擊,沖擊響應(yīng)�,隨機加正弦等復(fù)雜模式的振動。配合水平滑臺可分別完成三個方向振��

�(yōu)點:與電磁振動臺相比,低頻特性好,推力大,臺面大,無漏磁,抗偏載能力強,噪聲�。工作環(huán)境要求不�,可在高溫,低溫,潮濕和有害氣體�(huán)境下使用,低維��

不足:頻率低,典型�1~500Hz,技�(shù)難度�,國產(chǎn)技�(shù)不可靠�

多自由度振動�

特點:可模擬正弦,隨機,沖擊,路譜等�(fù)雜模式的振動�

�(yōu)點: 可同時完�1�6個方向的振動,模擬更真實的振動�(huán)��

不足� 頻率�,典型�1~500Hz,技�(shù)難度�,國產(chǎn)技�(shù)不可�,成本高�

我國航天振動試驗�(shè)備研�

在火箭發(fā)射階�,航天器將經(jīng)受振動、沖�、噪聲等各種力學(xué)�(huán)境的考驗。振動臺是模擬航天器起飛時承受振動環(huán)境的試驗系統(tǒng)�

2016新年伊始,北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所自主研制�140噸振動試驗系�(tǒng)順利完成驗收測試和某型號振動�(huán)境試�,標(biāo)志著世界最大推力電動振動試驗系�(tǒng)研制成功。我國環(huán)境模擬試�?zāi)芰υ佾@新突��

為了滿足以我國載人航天工程二期為代表的大型航天器力學(xué)試驗需��140噸振動試驗系�(tǒng)�(shè)計之初就立足于突破我國現(xiàn)有的單體振動臺能力不足的瓶頸�2013年初系統(tǒng)開始�(shè)計建�(shè)�2015年底建成投入使用,目前是世界上推力最大的電動振動臺系�(tǒng),主要包括垂直振動試驗系�(tǒng)和水平振動試驗系�(tǒng),具有完全獨立的自主知識�(chǎn)�(quán)�

垂直振動試驗系統(tǒng)由四個振動臺、鎂合金焊接擴展臺面及導(dǎo)向支撐系�(tǒng)、同步控制系�(tǒng)以及智能化健康監(jiān)測系�(tǒng)等組�,研制中突破了四臺同步激�、大尺寸鎂合金臺面焊�(包絡(luò)尺寸達到4.6m×4.6m)、高精度高承載高�(wěn)定性導(dǎo)向支撐等多項�(guān)鍵技�(shù),系�(tǒng)靜承載能力達�40�、最大推�140�,抗傾覆能力350KNm,系�(tǒng)頻率大于200Hz�

由兩個振動臺組成的水平振動試驗系�(tǒng)采用“品”字型組合式水平滑臺臺面,克服了大型鎂合金臺面加工制造的難題,臺面尺寸達�4.65m×4.78m,同時具備單�、雙臺使用模�;該系�(tǒng)分區(qū)�(yōu)化布置百余個軸�,靜承載能力超過百噸,最大推�70�,抗傾覆能力6000KNm,系�(tǒng)頻率大于300Hz。整個試驗系�(tǒng)各項技�(shù)指標(biāo)達到國際�(lǐng)先水��

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