[发明专利]航天器整星微振动力学环境地面试验方法

摘要

本发明涉及航天器环境模拟试验技术和试验方法领域，作为航天器整星级微振动力学环境地面试验方法，包括试验的准备、试验的实施、试验的完成等完整的试验方法和流程。通过该试验方法实施可以对航天器系统的进行了航天器整星级微振动力学环境的考核，能准确暴露和发现系统总体设计方面的缺陷、考核有效载荷在微振动力学环境下的工作能力。

主权项

航天器整星级微振动力学环境地面试验方法，包括自由边界模拟装置支撑频率测试、自由边界模拟状态的模态试验、自由边界模拟状态下的结构传递特性测试、扰振响应测试方法，该试验方法包含以下步骤：1)自由边界模拟装置支撑频率测试试验准备：a)选择性能不低于以下指标的电容式加速度传感器及角位移传感器，电容式传感器的主要性能为(1)传感器灵敏度500mV/g；(2)频率范围0～500Hz；角位移传感器主要性能为(1)幅值精度优于2％；(2)频率范围0.5～500Hz；b)在航天器的主结构位置、航天器与自由边界模拟装置的连接位置上按照航天器直角坐标系的X、Y和Z三个方向都安装多个电容式加速度传感器及一个角位移传感器；c)将航天器通过整星接口与自由边界模拟装置连接；d)将电容式传感器导线连接至数据采集系统，构建测量支撑频率的测量系统；e)数据采集、处理、存储参数设置；试验测试：a)为获取X/Y向弯曲频率，应用摆式法，在航天器的偏离质心位置附近的航天器表面分别沿X/Y方向施加推力，使航天器与自由边界模拟装置组成的系统偏离平衡位置，该推力大小以能够使系统振荡为准；b)释放推力，使系统振荡，同时进行时域数据采集和处理；c)采集、处理数据结束，根据时域信号特征及频谱分析，获取X/Y向弯曲频率，其中，f＝1/T，f‑频率；T‑时域周期信号的一个周期；d)为获取Z向平动频率，应用摆式法在航天器的Z向上表面或下表面附近沿Z向施加推力，使航天器与自由边界模拟装置组成的系统偏离平衡位置，该推力以能够使系统振荡为准；e)释放推力，使系统振荡，同时进行数据采集和处理；f)采集、处理数据结束，根据时域信号特征及频谱分析，获取Z向平动支撑频率；g)为获取Z向扭转频率，应用摆式法，在航天器的质心位置附近航天器表面在XY平面45度对称位置同时沿顺时针或逆时针方向施加扭转力，使航天器与自由边界模拟装置组成的系统扭转，该扭转力以能够使系统扭转振荡为准；h)释放扭转力，使系统扭转振荡，同时进行数据采集和处理；i)采集、处理数据结束，根据时域信号特征及频谱分析，获取Z向扭转支撑频率，其中，f＝1/T，f‑频率；T‑时域周期信号的一个周期；2)自由边界模拟状态的模态试验自由边界的模态试验特点是将航天器安装于自由边界的模拟装置上，再应用模态试验方法获得航天器自由边界的整星模态参数，包括模态频率，模态阻尼和模态振型；3)自由边界模拟状态下的结构传递特性测试试验准备：a)选择性能不低于以下指标的压电式微加速度传感器，其主要性能为：(1)传感器灵敏度1000mV/g；(2)频率范围0.5～1000Hz；(3)幅值分辨率0.00005gRMS；b)选择性能不低于以下指标的激励器系统，其主要性能：(1)工作频率范围2～1000Hz；(2)激励器激励力200N；c)在航天器结构的扰源安装位置和敏感载荷安装位置、扰源、敏感载荷以及从扰源至敏感载荷的力的传递路径按照航天器直角坐标系的X、Y、Z三个方向设置若干微加速度传感器；d)将航天器与自由边界模拟装置连接；e)分别在扰源安装位置及附近按照航天器直角坐标系的X、Y、Z方向设置激励器；试验方法：a)进行随机激励传递特性测试，其中，数据采集系统设置系统参数：(1)根据敏感载荷的敏感频率设置分析频率范围；(2)测量数据包括传递函数和相干函数；(3)频率分辨率为0.1Hz；(4)采集数据平均方式及平均次数；进行扫描正弦激励传递特性测试，数据采集系统设置系统参数：(1)根据敏感载荷的敏感频率设置分析频率范围；(2)扫描方式为线性或对数扫描方式；(3)频率分辨率为0.1Hz；(4)扫描速率2倍频程/分钟或4倍频程/分钟；b)随机激励力设置：在测试频率范围内选择激励力1Nrms、2Nrms、5Nrms、10Nrms、20Nrms、30Nrms；选择三个激励量级以能够获取线性的传递特性；c)启动激励系统进行激励，数据采集和处理获取传递特性；d)正弦激励力设置：在测试频率范围内选择1N、2N、5N、10N、20N、30N；选择三个激励量级以能够获取线性的传递特性；e)启动激励系统进行激励，数据采集和处理获取传递特性；f)将随机激励和扫描正弦激励获取的传递特性进行比对，获取一致性的传递特性；4)扰振响应测试试验准备：a)选择性能不低于以下指标的压电式微加速度传感器，其主要性能为：(1)传感器灵敏度1000mV/g；(2)频率范围0.5～1000Hz；(3)幅值分辨率0.00005gRMS；b)选择性能不低于以下指标的角位移传感器，其主要性能为：(1)角位移分辨率0.01角秒；(2)频率范围0.5～500Hz；(3)幅值精度2％；c)选择性能不低于以下指标的环境噪声测量传感器，其主要性能为：(1)传感器灵敏度10000mV/g；(2)频率范围0.5～1000Hz；d)在航天器结构的扰源安装位置、敏感载荷安装位置、扰源以及敏感载荷上按照航天器直角坐标系的X、Y、Z三个方向安装若干微加速度传感器；e)在航天器敏感载荷安装位置及敏感载荷上按照航天器直角坐标系的X、Y、Z三个方向安装角位移传感器；f)在自由边界模拟装置的上、下界面分别安装环境噪声传感器；g)除测试试验室符合GJB1027A‑2005所要求的大气、温度、湿度环境外，应使扰振测试试验室尽量消除地噪声、声噪声、电噪声对扰振测试的影响，环境噪声小于被测信号最低量级的1/3倍～1/5倍的试验室环境；h)将航天器通过整星接口与自由边界模拟装置连接；试验方法：a)关闭与试验无关的仪器，关闭星上设备；b)数据采集系统设置：(1)频率范围；(2)数据记录和处理方式：所述数据记录和处理方式为时域或频域方式；c)进行航天器的微加速度、角位移的背景噪声及环境噪声测试；d)按照试验工况设计，将扰振源处于工作状态；e)数据采集系统进行微加速度、角位移的扰振响应测试。