[发明专利]一种加速度等效频谱的获取方法及系统

说明书

本发明公开了一种加速度等效频谱的获取方法及系统，该方法包括如下步骤：步骤一：根据单自由度弹簧振子系统，得到在预设基础加速度激励作用下的弹簧振子绝对加速度响应，并计算基础加速度激励到弹簧振子绝对加速度响应的冲击响应谱；步骤二：根据步骤一中的虚拟弹簧振子的响应，得到弹簧振子系统的稳态放大系Q；步骤三：根据步骤二中的稳态放大系数得到虚拟弹簧振子的瞬态放大系数；步骤四：根据步骤一中的冲击响应谱和步骤三中的瞬态放大系数，得到基础激励加速度的等效频谱。本发明考虑了瞬态效应影响，更接近工程实际情况，有助于提高加速度试验条件确定的合理性。

技术领域

本发明属于航天器、运载火箭及其部组件在发射段瞬态力学环境对应等效频谱技术领域，尤其涉及一种加速度等效频谱的获取方法及系统。

背景技术

目前航天器、运载火箭及其部组件的低频加速度试验条件制定，主要依据星箭耦合分析结果获取加速度的时域响应值，然后通过冲击响应谱(Shock Response Spectrum)变换得到加速度谱，将此加速度谱进行包络制定加速度振动试验条件。冲击响应谱是根据一定形式的外激励(通常为基础加速度激励)，给出最大响应与固有频率的关系曲线(如图1所示)。对于单自由度系统，可以直接从响应谱曲线得到对应于该激励类型响应的最大值。对于多自由度系统，结合模态叠加法，利用响应谱曲线可得到各阶模态响应最大值，再通过一定的叠加方法，可得到近似的最大响应估计值。

从数学变换的角度看，冲击响应谱就是一种特殊的数学变换，在航天工程中常用这种变换替代传统的傅立叶变换(FFT)。由于运载火箭在点火、关机、级间分离、星箭分离过程以及航天器着陆过程中，受阻尼作用系统响应迅速衰减，是典型的瞬态响应，如果希望把瞬态响应分析得到的时域结果变换至频域下，傅立叶变换无法得到合理的幅值特性。此时，工程上往往利用冲击响应谱变换技术得到等效频谱。卫星和运载火箭在发射段经历的低频力学环境(一般在100Hz以内)，实际以非平稳的瞬态环境为主，而相应的地面试验通常采用频域方法(如正弦扫描试验)。这样就需要将瞬态环境转化为频域量，工程上常用冲击响应谱变换来实现这个过程。

然而，研究发现：在卫星和运载火箭工程中，低频力学环境(如星箭界面或卫星内部加速度响应)等效频谱往往通过冲击响应谱除以稳态放大系数Q获得，这种处理方法的结果受稳态放大系数取值影响较大；随着稳态放大系数取值增大，等效频谱幅值在整体上逐渐减小(无限接近0)、频率分布特性会发生变化。因此，上述常用工程处理方法存在不合理因素，有必要探索新的星箭力学环境等效频谱确定方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种加速度等效频谱的获取方法及系统，考虑了瞬态效应影响，更接近工程实际情况，有助于提高加速度试验条件确定的合理性。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种加速度等效频谱的获取方法，所述方法包括如下步骤：步骤一：根据单自由度弹簧振子系统，得到在预设基础加速度激励作用下的弹簧振子绝对加速度响应采用如下公式计算基础加速度激励到弹簧振子绝对加速度响应的冲击响应谱步骤二：根据步骤一中的虚拟弹簧振子的响应采用下式计算得到弹簧振子系统的稳态放大系数Q；步骤三：根据步骤二中的稳态放大系数Q得到虚拟弹簧振子的瞬态放大系数Q'；步骤四：根据步骤一中的冲击响应谱和步骤三中的瞬态放大系数Q'，得到基础激励加速度的等效频谱。

上述加速度等效频谱的获取方法中，在步骤一中，冲击响应谱通过如下公式得到：

其中，t为时间，ω_n为弹簧振子对应的固有圆频率，表示在时间t内取最大值，||为取绝对值符号。

上述加速度等效频谱的获取方法中，在步骤二中，弹簧振子系统的稳态放大系数Q通过如下公式得到：