基于飛行器隨機(jī)振動(dòng)工藝方法適應(yīng)性研究

鄒　明　賈昱晨

（上海航天控制技術(shù)研究所，上海， 201109）

基于飛行器隨機(jī)振動(dòng)工藝方法適應(yīng)性研究

鄒明賈昱晨

（上海航天控制技術(shù)研究所，上海， 201109）

飛行器工程振動(dòng)試驗(yàn)是模擬飛行器實(shí)際工況的一種測(cè)試方法，工程振動(dòng)試驗(yàn)為飛行器環(huán)境應(yīng)力篩選方法的一種，其能夠在試驗(yàn)過(guò)程中較早地剔除生產(chǎn)過(guò)程中由于飛行器安裝或飛行器本身而引發(fā)問題的潛在隱患，使其能夠在不觸及飛行器關(guān)鍵部位的前提下提前發(fā)現(xiàn)飛行器的故障。因此工程試驗(yàn)振動(dòng)測(cè)試設(shè)備成為飛行器環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)工藝可靠性的重要保證。本文將基于飛行器隨機(jī)振動(dòng)，對(duì)飛行器的環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)的工藝適應(yīng)性進(jìn)行研究。

環(huán)境應(yīng)力篩選；振動(dòng)臺(tái)；適應(yīng)性

隨著科技的發(fā)展，無(wú)論是生產(chǎn)機(jī)械、工程機(jī)械或是工程結(jié)構(gòu)均日益向高效、高精度和大型化發(fā)展。在飛行器的生產(chǎn)過(guò)程中，往往通過(guò)運(yùn)用最接近實(shí)際工況的形式去模擬飛行器在該工況下的實(shí)際工作狀態(tài)。但在多數(shù)情況下，該模擬試驗(yàn)又常常伴隨著正常運(yùn)行生產(chǎn)的一種消極甚至有害現(xiàn)象，因此對(duì)于飛行器環(huán)境應(yīng)力篩選方法著眼于盡量降低或消除對(duì)飛行器的影響，在保證飛行器可靠性的同時(shí)，完成對(duì)飛行器工程振動(dòng)試驗(yàn)的檢測(cè)。

1　飛行器工程振動(dòng)試驗(yàn)條件

飛行器振動(dòng)應(yīng)力篩選是保證和提高飛行器可靠性的有效措施，此模擬試驗(yàn)是為了提前暴露飛行器在生產(chǎn)和裝配過(guò)程中的早期故障，從而保證飛行器生產(chǎn)過(guò)程中的工藝穩(wěn)定性以及飛行器的環(huán)境適應(yīng)性能等目的。

根據(jù)《電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法》中對(duì)隨機(jī)振動(dòng)功率譜密度要求，飛行器隨機(jī)振動(dòng)功率譜密度圖如圖1所示，同時(shí)結(jié)合飛行器實(shí)際工況要求形成飛行器實(shí)際應(yīng)力篩選隨機(jī)振動(dòng)功率譜密度，某飛行器工程振動(dòng)功率譜密度要求如圖2所示。

從上面二個(gè)圖可以看出，圖1功率譜密度曲線圖是一個(gè)規(guī)則的梯形譜，而根據(jù)飛行器實(shí)際情況的摸索，發(fā)現(xiàn)功率譜密度曲線圖是在規(guī)則的梯形譜中，應(yīng)從一段頻率之間不規(guī)則地去除一部分，進(jìn)而在振動(dòng)過(guò)程中避免飛行器受損。由于飛行器的尾端安裝了一個(gè)敏感元件，且該元件屬于高精密的機(jī)電部件，超量程的振動(dòng)有可能使飛行器結(jié)構(gòu)受損，而且會(huì)引起輸出信號(hào)產(chǎn)生較大的變化，直接影響測(cè)試結(jié)果精度。因此采用適當(dāng)降低功率譜密度值，即降低激勵(lì)能量，可在模擬激發(fā)該實(shí)物缺陷的同時(shí)，保證上述敏感元件不因受過(guò)應(yīng)力作用而使得飛行器受損。

2　飛行器工程振動(dòng)試驗(yàn)的工藝實(shí)施情況

2.1飛行器工程振動(dòng)試驗(yàn)工藝流程和振動(dòng)條件

飛行器的測(cè)試一般包含常溫調(diào)試，環(huán)境試驗(yàn)，應(yīng)力篩選等。該飛行器調(diào)試篩選工藝流程見圖3。

飛行器工程振動(dòng)試驗(yàn)屬于環(huán)境應(yīng)力篩選項(xiàng)目。飛行器隨機(jī)振動(dòng)的條件是頻譜為20～80Hz，+3dB/0ct斜率上升、80～350Hz，0.04g2/Hz、350～2000Hz，-3dB/0ct 斜率下降。

圖1　飛行器隨機(jī)振動(dòng)功率譜密度圖

圖2　飛行器應(yīng)力篩選對(duì)隨機(jī)振動(dòng)功率譜密度圖

圖3　飛行器調(diào)試篩選工藝流程

圖4　電動(dòng)臺(tái)隨機(jī)振動(dòng)原理框圖

2.2飛行器工程振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備

本次工程振動(dòng)適應(yīng)性研究選用電振動(dòng)臺(tái)，使用電振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)和信號(hào)電動(dòng)臺(tái)隨機(jī)振動(dòng)原理框圖關(guān)系見圖4。

振動(dòng)臺(tái)采用電動(dòng)式振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)，其工作原理是載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受電磁力的作用而運(yùn)動(dòng)。振動(dòng)臺(tái)飛行器安裝簡(jiǎn)意圖見圖5所示。

根據(jù)Fs=ma0，測(cè)試設(shè)備加速度區(qū)最大激振力為3200kgf，而對(duì)于飛行器而言，式中m包括飛行器質(zhì)量（按公差上限計(jì)算）、夾具質(zhì)量、動(dòng)圈質(zhì)量和臺(tái)面質(zhì)量，a為振動(dòng)譜規(guī)定隨機(jī)振動(dòng)的加速度總均方值（g），并加上30%（正弦）余量確定振動(dòng)臺(tái)推力。該飛行器最大激振力為式（1）所示；

根據(jù)計(jì)算，飛行器最大激振力小于測(cè)試設(shè)備加速度區(qū)最大激振力，該工程振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)完全滿足使用要求。

2.3飛行器工程振動(dòng)環(huán)節(jié)的控制

飛行器隨機(jī)振動(dòng)應(yīng)力篩選試驗(yàn)采用二點(diǎn)平均加二點(diǎn)極限組合振動(dòng)控制方式。這種控制方式它的特點(diǎn)是：可在振動(dòng)試件的關(guān)鍵部位進(jìn)行極限控制，防止關(guān)鍵部位的重要部件因超振動(dòng)量值而受到過(guò)應(yīng)力作用使飛行器受損。飛行器振動(dòng)應(yīng)力篩選試驗(yàn)共選擇4個(gè)控制點(diǎn)，控制點(diǎn)上均粘貼加速度傳感器，控制點(diǎn)粘貼加速度傳感器情況見表1，分布情況見圖6。

在工程振動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)圖3-4所示的飛行器的尾部?jī)啥岁P(guān)鍵部位的極限控制點(diǎn)測(cè)量到實(shí)際振動(dòng)量值超過(guò)所規(guī)定的極限值＋3dB以上時(shí)，極限控制點(diǎn)開始參與飛行器的控制，隨后將超出的振動(dòng)量值壓縮以及限制到參考譜＋3dB之內(nèi)。在壓縮與限制過(guò)程中，控制值自動(dòng)下降，直至關(guān)鍵部位的振動(dòng)量值全部在參考譜＋3dB之內(nèi)，并持續(xù)保持。在極限控制點(diǎn)的振動(dòng)量值在參考譜＋3dB以內(nèi)時(shí)，極限控制不參與控制，只是起測(cè)量作用。

圖5　振動(dòng)臺(tái)安裝簡(jiǎn)意圖

圖6　控制點(diǎn)粘貼情況圖

表1　控制點(diǎn)粘貼加速度傳感器情況

圖7　飛行器振動(dòng)曲線

2.4飛行器應(yīng)力篩選試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)上述分析和試驗(yàn)表明該工程振動(dòng)臺(tái)完全適應(yīng)該飛行器力學(xué)試驗(yàn)的工藝性要求，在保證飛行器在生產(chǎn)過(guò)程中提前暴露飛行器問題的情況下，緩解了飛行器批生產(chǎn)的壓力，使飛行器在期望最惡劣的貯存和運(yùn)輸環(huán)境的情況下不致飛行器受損。飛行器振動(dòng)曲線見圖7。

通過(guò)上述測(cè)試結(jié)果可以看出，飛行器工程振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)要求，可見該測(cè)試設(shè)備可以運(yùn)用于飛行器應(yīng)力篩選試驗(yàn)，滿足工藝適應(yīng)性要求和飛行器需求。

3　結(jié)論

通過(guò)對(duì)該工程振動(dòng)設(shè)備的工藝適應(yīng)性研究，表明該測(cè)試設(shè)備完全適用于飛行器工程振動(dòng)試驗(yàn)，進(jìn)而提高了設(shè)備的+收使用效率，保證了飛行器的生產(chǎn)，進(jìn)而驗(yàn)證了該飛行器環(huán)境應(yīng)力篩選工藝適應(yīng)性。為該飛行器生產(chǎn)的可靠性提供了保證。

（References）

［1］李德葆，陸秋海.工程振動(dòng)試驗(yàn)分析［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

［2］胡壽松.自動(dòng)控制原理［M］.科學(xué)出版社，2007.