[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

摘要

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。

主权项

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(1)、Ⅰ助推器(2)、Ⅱ助推器(3)、Ⅲ助推器(4)和Ⅳ助推器(5)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。在箭体的指定位置布置20台激振器，具体位置为：在芯级(1)头部外壁上分别安装1号激振器、2号激振器和3号激振器，1号激振器、2号激振器和3号激振器位于同一圆周上。其中1号激振器和2号激振器沿芯级(1)的轴线对称，3号激振器位于前述两个激振器之间圆弧的中点上。在芯级(1)中部的外壁上分别安装4号激振器和5号激振器，4号激振器和5号激振器位于同一圆周上，沿芯级(1)的轴线对称，4号激振器与1号激振器位于同一轴线上，5号激振器与2号激振器位于同一轴线上。在芯级(1)后过渡段的外壁上分别安装6号激振器、7号激振器和8号激振器，6号激振器、7号激振器和8号激振器位于同一圆周上。其中6号激振器与7号激振器沿芯级(1)的轴线对称，8号激振器位于前述两个激振器之间圆弧的中点上。6号激振器与4号激振器位于同一轴线上，7号激振器与5号激振器位于同一轴线上，8号激振器与3号激振器位于同一轴线上。将9号激振器、10号激振器、11号激振器和12号激振器分别安装在Ⅰ助推器(2)、Ⅲ助推器(4)、Ⅱ助推器(3)和Ⅳ助推器(5)中部的外壁上。9号激振器安装在Ⅰ助推器(2)的前方，10号激振器安装在Ⅲ助推器(4)的后方，11号激振器安装在Ⅱ助推器(3)的右方，12号激振器安装在Ⅳ助推器(5)的左方。将13号激振器、14号激振器、15号激振器、16号激振器、17号激振器、18号激振器、19号激振器和20号激振器分别安装在Ⅱ助推器(3)、Ⅰ助推器(2)、Ⅲ助推器(4)和Ⅳ助推器(5)的外壁上。13号激振器位于Ⅱ助推器(3)左方，14号激振器位于Ⅱ助推器(3)的右方，13号激振器和14号激振器位于同一圆周上。15号激振器位于Ⅰ助推器(2)的前方，16号激振器位于Ⅰ助推器(2)的左方，15号激振器和16号激振器位于同一圆周上。17号激振器位于Ⅲ助推器(4)的后方，18号激振器位于Ⅲ助推器(4)的左方，17号激振器和18号激振器位于同一圆周上。19号激振器位于Ⅳ助推器(5)的后方，20号激振器位于Ⅳ助推器(5)的左方，19号激振器和20号激振器位于同一圆周上。系统调试好后进行横向激振，各激振器的激振加载方向为：1号激振器、2号激振器、3号激振器、4号激振器、5号激振器、6号激振器、7号激振器和8号激振器的激振方向均朝向芯级(1)的轴线并与轴线垂直。9号激振器、15号激振器和16号激振器的激振方向均朝向Ⅰ助推器(2)的轴线并与轴线垂直。11号激振器、13号激振器和14号激振器的激振方向均朝向Ⅱ助推器(3)的轴线并与轴线垂直。10号激振器、17号激振器和18号激振器的激振方向均朝向Ⅲ助推器(4)的轴线并与轴线垂直。12号激振器、19号激振器和20号激振器的激振方向均朝向Ⅳ助推器(5)的轴线并与轴线垂直。激振器之间的激振相位需根据激振点处的模态振型确定，以某个激振点为参考点，相位设为0度，如果激振点的振动方向和参考点一致则激振相位为0度，反之激振相位为180度。每个激振力的量级要根据激振点处模态振型的比例关系确定，振型越大对应的激振力也应越大。通过正弦调谐方法获取空间组合模态参数。横向激振完成后，拆除全部20台激振器。第三步：进行扭转模态试验。在箭体的指定位置布置6台激振器，具体位置为：在芯级(1)头部外壁沿轴线对称位置安装1号激振器和2号激振器，1号激振器和2号激振器位于同一圆周上。将3号激振器、4号激振器、5号激振器和6号激振器分别安装在Ⅱ助推器(3)、Ⅳ助推器(5)、Ⅰ助推器(2)和Ⅲ助推器(4)中部的外壁上。3号激振器安装在Ⅱ助推器(3)的前方，4号激振器安装在Ⅳ助推器(5)的后方，5号激振器安装在Ⅰ助推器(2)的左方，6号激振器安装在Ⅲ助推器(4)的右方。系统调试好后进行扭转激振，各激振器的激振加载方向为：1号激振器的激振方向沿芯级(1)外壁圆周的切线方向，2号激振器的激振方向与1号激振器的激振方向相反，3号激振器的激振方向朝向Ⅱ助推器(3)的轴线并与轴线垂直，4号激振器的激振方向朝向Ⅳ助推器(5)的轴线并与轴线垂直，5号激振器的激振方向朝向Ⅰ助推器(2)的轴线方向并与轴线垂直，6号激振器的激振方向朝向Ⅲ助推器(4)的轴线方向并与轴线垂直。各个激振器的相位和激振力设置原则与第二步相同。通过正弦调谐方法获取扭转模态参数。扭转激振完成后，拆除全部6台激振器。第四步：进行纵向模态试验。在箭体的指定位置布置6台激振器，具体位置为：在芯级(1)的尾部外壁沿轴线对称位置分别安装1号激振器和2号激振器，1号激振器和2号激振器位于同一圆周上。将3号激振器、4号激振器、5号激振器和6号激振器分别安装在Ⅰ助推器(2)、Ⅲ助推器(4)、Ⅳ助推器(5)和Ⅱ助推器(3)尾部的外壁上。3号激振器安装在Ⅰ助推器(2)的前方，4号激振器安装在Ⅲ助推器(4)的后方，5号激振器安装在Ⅳ助推器(5)的左方，6号激振器安装在Ⅱ助推器(3)的右方。系统调试好后进行纵向激振，各激振器的激振加载方向为垂直于箭体长度方向。各个激振器的相位和激振力设置原则与第二步相同；过正弦调谐方法获取纵向模态参数。纵向激振完成后，拆除全部6台激振器。