[发明专利]大直径捆绑式运载火箭空间组合模态激振布置方法

说明书

本发明属于大直径捆绑式运载火箭及其他多分支结构的模态试验技术领域，具体涉及一种大直径捆绑式运载火箭空间组合模态激振布置方法，目的是解决现有技术中以梁模型为主要特征的激振布置方法的不足。其特征在于，它包括准备试验设备、进行横向模态试验、进行扭转模态试验和进行纵向模态试验的步骤。采用本发明设计的新一代大直径捆绑式运载火箭空间组合模态激振布置方法可以获取全箭空间组合模态，包含芯级弯曲助推刚体摆动模态、芯级与助推器弯曲组合模态、芯级扭转助推弯曲模态、纵向模态等。利用该激振布置方法进行了某型号大型运载火箭全箭模态试验，试验结果表明本发明设计的激振布置方式有效，满足试验要求。

技术领域

本发明属于大直径捆绑式运载火箭及其他多分支结构的模态试验技术领域，具体涉及一种大直径捆绑式运载火箭空间组合模态激振布置方法。

背景技术

随着航天技术的不断发展，载人登月工程和空间站建设等需求日益紧迫，对运载火箭的运载能力提出了更高要求，以往的运载火箭不能满足新的需求，我国研制了新一代大直径捆绑式运载火箭，运载能力实现了极大提升，可以满足载人登月和空间站建设的要求，但是新一代火箭的直径和结构形式都发生了巨大变化，芯级直径由原来的3.35米增大到5米，助推器直径由原来的2.25米增大到3.35米，芯级和助推器的高度也增加很多，单个助推器的规模就和以往整个火箭相当，由于助推器柔性增加，火箭芯级和四个助推器形成了一个具有五个弹性分支的组合体结构，如图1和图2所示。

新研制火箭在首飞前必须开展全箭模态试验，该试验为火箭动力学模型修正、控制系统设计及载荷设计提供重要参数，关系到火箭飞行的成败，在模态试验中需要在箭体关键位置布置多台激振器进行激励，使火箭产生共振然后测量火箭关键点的振动响应，将激振力和振动响应数据进行参数后处理获取模态参数。

复杂的结构形式和庞大的规模给新一代火箭的全箭模态试验带来了极大挑战，在以往火箭的模态试验中只需将箭体简化为一个梁结构，激振布置比较简单，一般在箭体上中下位置各布置激振点即可，然后通过调节激振相位获取相关梁模态。但是在新一代运载火箭模态试验中有五个并行分支结构，每个分支都表现出独立的梁模型的特征，多个分支叠加在一起就形成了空间组合模态特征，激振布置的难度加大很多需要兼顾每个分支(芯级和四个助推器)，并且还需要考虑分支间不同的相位关系。通过调研国内外资料没有找到公开发表的关于大直径捆绑式运载火箭空间组合模态激振布置方法的报道。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中以梁模型为主要特征的激振布置方法的不足，提供一种可以较高效率的激起火箭的主要模态的大直径捆绑式运载火箭空间组合模态激振布置方法。

本发明是这样实现的：

一种大直径捆绑式运载火箭空间组合模态激振布置方法，具体包括如下步骤：

第一步：准备试验设备。

先将大直径捆绑式运载火箭自由悬挂，将多个振动加速度传感器分别安装在芯级、Ⅰ助推器、Ⅱ助推器、Ⅲ助推器和Ⅳ助推器上。将振动加速度传感器与数据采集设备通过电缆连接。随后开始安装激振器，箭体尾部的激振器均采用固定安装方式，箭体中部和上部采用悬挂方式。激振器和大直径捆绑式运载火箭之间通过激振杆和力传感器连接，然后将激振器上的激振控制电缆连接到功率放大器，功率放大器与模态控制采集系统连接。

第二步：进行横向模态试验。