卫星环境工程和模拟试验(下)
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激励类型 低频瞬态激励 低频随机激励 准周期激励 外部的声学激励 外部空气动力噪声 激励 内部的声学激励 动力学环境 运输, 地震,火箭发动机点火过压, 起飞释放, 发动机推力瞬态,机 动 , 级间和整流罩分离, 飞行中操作, 表面穿透 运输 , 风和湍流 , 储箱中的液体晃动. 运输, 引擎不稳定燃烧,, 固体发动机压力脉动 , 机载仪器 引擎或发动机产生的声学噪声. 空气动力学源 , 行星降落和着陆, 引擎或发动机产生的声学噪声, 空气动力学源 , 行星降落和着 陆.
模拟运输振动台 YSMNT-100
大型非标定制振动试验台 YSZD系列 测试夹具定制
常规振动试验台技术规格 1、台面尺寸(mm)： 750*750 1000*1000 1200*1200 台面尺寸接受定 制 2、振幅：0~5mm(可调) 3、最大负载：100kg 200kg 常规可定制 300kg以内 4、频 率：1~400hz 1~600hz 1~2000hz 5、最大加速度：0~20g(1g=9.8m/S2) 6、振动波形:正弦波(半波、全波) 9、振动试验台振动方向:①垂直(Y轴)、②水 平(X、Z轴)、③垂直+水平(Y、X、Z轴) 两个振动台 体完成三维振动， 一个台体做垂直(Y轴)振动，一个台体做水平(X、 Z轴)振动。
振动试验设备—加速度计
2.加速度计的安装 1. 螺钉连接，连接最牢固， 2. 胶或双面胶带，共振频率会略有下降 3. 薄腊，适用于低加速度的测量
4. 磁铁，降低了固有频率，只适用于低加速度的测量。
安装时的注意事项： a . 保证刚性连接 b. 加速度计的敏感轴应与被测振动轴一致 c. 加速度计的电缆的连接应牢固固定
环境响应预示方法—动力学环境数据库和预示系统
美国的振动声学有效载荷环境预示系统— —VAPEPS，功能有两种： • 低频用外推法预示新型号的环境响应， • 高频采用统计能量分析方法。
案例：Magcllan, Mars Observer，TOPEX 的大型太阳翼的随机振动分析。
3 模态分析
模态分析
大型非标定制振动试验台 YSZD系列 测试夹具定制
常规振动试验台技术规格 11、振动台功率:2.2kw或5.4kw 12、电源电压:220V 50Hz 380V 13、最大电流:10A或16A 16、时间控制：任意时间可设定(秒为单位) 17、实现功能:正弦波、最大加速度、调幅、 时间控制。 18、全功能电脑控制：R232通讯接口要连接 电脑做控制、存储、记录、打印之功能。 19、测量仪:如需读出振幅、加速度
模拟运输振动台 YSMNT-100PC
模拟运输振动台 YSMNT-100
产品优点
1. 价格低廉，价格只及美国同类产品的10% 2. 数字仪表显示振动频率 3. 同步静噪皮带传动，噪声极低 4. 试品装夹采用导轨式，操作方便、安全 5. 机台底座采用重型槽钢配减振胶垫，运行平稳， 无需安装地脚螺丝 6. 直流电机调速，运行平稳，负载能力强 7. 回转式振动（俗称跑马式）
卫星环境工程和模拟试验（下）
汇报人：薛梦轩
目录
1 概述 2 环境预示 3 模态态分析 4 振动试验设备
5 工作映射
1 概述
动力学环境—概述
动力学环境：变化的激励（还称为强迫函数或动力学载荷）作用在 航天器或它的部件上所产生的所有现象统称为动力学环境（Dynamic environments） 。
结构传播振动激励
高频瞬态激励
引擎或发动机产生的振动 , 机载仪器 .
爆炸解锁和流星撞击
环境响应预示方法
分析法
外推法 环境预示方法 动力学环境数据库和预 示系统
模态分析法
环境响应预示方法—分析法
有限元方法，适用于分析低频动力学问题，载荷的频率范围根据运载的不 同和运行方式的不同，范围不同。对航天飞机来说是35Hz以下，对一般运载火 箭来说多数是50-60Hz。对卫星来说一般是100Hz以下。目前有很多商业软件如 nastran，ansys，abaqus，选择时应注意软件的适用性、扩展性、行业性。
动力学环境—分类
2 环境预示
环境预示
1) 确定作用于卫星的飞行载荷或外场环境。它的主
要任务就是将动力学环境以特定的函数描述。它由 火箭设计部门提供。 主要内容 2) 根据飞行载荷或外场环境，预示卫星结构上各位 置的动力学环境，并根据预示结果，给出卫星结构 设计的环境要求和组件的环境试验要求。
动力学激励的预示
4 振动试验设备
振动试验设备
振动台－激振设备 控制系统－自动调整输出信
号的频率和幅度
振动试验设备 测量系统－对控制量和 响应量进行测量 辅助设备－液压水平滑台，弹 性支撑系统，振动试验夹具
振动试验设备—振动台
1. 机械振动台 2. 电动振动台，包括台体，功率放大器，辅助冷却系统（卫星常用） 3. 电液振动台
板上响应的频域的轨迹
模态分析
如果把外加简谐力的频率固定在某个固有频率值上，会发现，板在特定的固有频率 上会以特定的方式作振动。这个特定的振动方式和板的该固有频率对应的振型直接相关
模态分析—分析过程概述
材料特性的描述
几何描述
有限元模型的描述
边界条件的描述
载荷条件的描述
模型检查
分析计算
结果校验与结果分析
模拟运输振动台 YSMNT-100PC
产品优点 1. 价格低廉，价格只及美国同类产品的10% 2. 5寸真彩液晶触摸屏全功能控制，操作方便 简单 3. 同步静噪皮带传动，噪声极低 4. 试品装夹采用导轨式，操作方便、安全 5. 机台底座采用重型槽钢配减振胶垫，运行平稳， 无需安装地脚螺丝 6. 直流变频电机调速，运行平稳，负载能力强， 性能稳定长久。 7. 回转式振动（俗称跑马式）
正弦振动控制仪
随机振动控制仪
振动控制系统—自动调整输出信号频率和幅度，以实现多种振动参数自动控制的
信号源。按功能划分：正弦振动控制仪，随机振动控制仪。
振动试验设备—测量系统
加速度计 信号适调仪
振动测量设备
数据采集和存储
数据处理器
显示输出
振动试验设备—加速度计
加速度计： a. 压电式加速度计 利用压电效应 b. 压阻式加速度计 c. 变电容式加速度计
环境响应预示方法—外推法
根据已有型号卫星的动力学环境数据来外推新型号的动力学预示结果。不要
求卫星的详细结构，但要求被参考的型号与新型号之间在结构形式和载荷形式上
比较相似。 已知系统A的FEM计算结果、试验结果和系统B的计算结果
要外推系统B的试验结果 在两个方法中都是将试验得到的固有频率、阻尼、有效质量和计算得到的数 据作比值，由系统A来外推系统B。
振动试验设备—辅助设备
振动试验辅助设备：1. 水平滑台；2. 弹性附加支撑；3. 夹具
振动试验设备
5 工作映射
上海毅硕实验仪器厂主营产品有高低温试验箱,恒温恒湿试验箱,高温老化箱, 紫外, 氙灯耐气候试验箱,振动台,振动试验台,跌落台,微机电子万能材料试验机, 跌落试验台等 上海毅硕实验仪器厂以客户至上为导向，以诚信经营为根本，采取现代化物 流供应模式，高科技网络服务体系，基于ISO9001质量体系认证，谋求与客户建 立真诚的合作伙伴关系，实现客户利益最大化。 上海毅硕致力于提供最优化解 决方案以提升客户产品品质，推动中国各行业品质保障事业发展，确立自身的 行业领先地位。上海毅硕将更加充满信心，以卓越的高科技技术，制造一流的 环境试验设备，继续为更多的用户提供优质产品和完善的服务！
模态分析是对描述结构的动力学性质的
固有频率，阻尼，振型进行研究和分析的方 法。 如图是一块自由悬挂的方板，在某一角 上有一简谐外力，某一个角上有一个测量加 速度的传感器。 简谐力的表达式可以写为: 其中，简谐力的幅值不变，简谐力 的频率随时间变化。
模态分析
板上的响应的时域轨迹
响应在时域和频域的重叠表示
谢谢！ 诚请指导！
振动试验设备—加速度计
振动试验设备—加速度计
压电式加速度计的特性 1. 灵敏度 当压电式加速度计的敏感轴与物体运动方向平行 时，它的输出电荷（或电压）与输入的振动加速度之比 2. 频率特性 加速度计的灵敏度随频率的变化 3. 相位特性 加速度计的输出信号与机械输入信号之间的相位 差随频率的变化 4. 幅值线性度 压电加速度计从最小到最大使用动态范围内灵敏 度随振动量级改变的变化程度。 5.其它特性
振动试验设备—振动台
3. 载荷 a) 最大载荷：试件的最大质量 b) 偏载力矩 4. 振动幅值 5. 其它，如加速度波形失真度，横向振动比，台面加速度幅值均匀 度，频率指示误差，频率稳定度，加速度幅值指示误差，定振精度， 台面漏磁，辐射噪声最大声级，台面温度，本底噪声加速度。
振动试验设备—振动控制系统
n
FEM Acoustic Protection
Fairing Payload
Jet Noise Pinc(x)
动力学环境—分类
声 共振频率耦合
振动 航天器动力学 瞬态振动 冲击
环境
加速度
动力学环境—分类
振动性质进行分类： （1）正弦振动 来自运载火箭发动机不稳定燃烧而产生的推 力脉动变化，液体火箭的结构与液体推进剂、储 箱及供应系统在燃烧室压力和推力脉动变化下相 互作用产生的振动，频率范围为5-100Hz。 （2）随机振动 卫星经受的随机激励主要是声振动，运载火 箭排气所产生的声学噪声和卫星在高速飞行过程 中所产生的气动噪声。 （3）瞬态激励 主要来自飞行过程中的阵风，发动机点火和 关机，级间分离等突发载荷。
模拟运输振动台 YSMNT-100
大型非标定制振动试验台 YSZD系列 测试夹具定制
常规振动试验台技术规格 1、台面尺寸(mm)： 750*750 1000*1000 1200*1200 台面尺寸接受定 制 2、振幅：0~5mm(可调) 3、最大负载：100kg 200kg 常规可定制 300kg以内 4、频 率：1~400hz 1~600hz 1~2000hz 5、最大加速度：0~20g(1g=9.8m/S2) 6、振动波形:正弦波(半波、全波) 9、振动试验台振动方向:①垂直(Y轴)、②水 平(X、Z轴)、③垂直+水平(Y、X、Z轴) 两个振动台 体完成三维振动， 一个台体做垂直(Y轴)振动，一个台体做水平(X、 Z轴)振动。
振动试验设备—加速度计
2.加速度计的安装 1. 螺钉连接，连接最牢固， 2. 胶或双面胶带，共振频率会略有下降 3. 薄腊，适用于低加速度的测量
4. 磁铁，降低了固有频率，只适用于低加速度的测量。
安装时的注意事项： a . 保证刚性连接 b. 加速度计的敏感轴应与被测振动轴一致 c. 加速度计的电缆的连接应牢固固定
环境响应预示方法—动力学环境数据库和预示系统
美国的振动声学有效载荷环境预示系统— —VAPEPS，功能有两种： • 低频用外推法预示新型号的环境响应， • 高频采用统计能量分析方法。
案例：Magcllan, Mars Observer，TOPEX 的大型太阳翼的随机振动分析。
3 模态分析
模态分析
大型非标定制振动试验台 YSZD系列 测试夹具定制
常规振动试验台技术规格 11、振动台功率:2.2kw或5.4kw 12、电源电压:220V 50Hz 380V 13、最大电流:10A或16A 16、时间控制：任意时间可设定(秒为单位) 17、实现功能:正弦波、最大加速度、调幅、 时间控制。 18、全功能电脑控制：R232通讯接口要连接 电脑做控制、存储、记录、打印之功能。 19、测量仪:如需读出振幅、加速度
模拟运输振动台 YSMNT-100PC
模拟运输振动台 YSMNT-100
产品优点
1. 价格低廉，价格只及美国同类产品的10% 2. 数字仪表显示振动频率 3. 同步静噪皮带传动，噪声极低 4. 试品装夹采用导轨式，操作方便、安全 5. 机台底座采用重型槽钢配减振胶垫，运行平稳， 无需安装地脚螺丝 6. 直流电机调速，运行平稳，负载能力强 7. 回转式振动（俗称跑马式）
卫星环境工程和模拟试验（下）
汇报人：薛梦轩
目录
1 概述 2 环境预示 3 模态态分析 4 振动试验设备
5 工作映射
1 概述
动力学环境—概述
动力学环境：变化的激励（还称为强迫函数或动力学载荷）作用在 航天器或它的部件上所产生的所有现象统称为动力学环境（Dynamic environments） 。
结构传播振动激励
高频瞬态激励
引擎或发动机产生的振动 , 机载仪器 .
爆炸解锁和流星撞击
环境响应预示方法
分析法
外推法 环境预示方法 动力学环境数据库和预 示系统
模态分析法
环境响应预示方法—分析法
有限元方法，适用于分析低频动力学问题，载荷的频率范围根据运载的不 同和运行方式的不同，范围不同。对航天飞机来说是35Hz以下，对一般运载火 箭来说多数是50-60Hz。对卫星来说一般是100Hz以下。目前有很多商业软件如 nastran，ansys，abaqus，选择时应注意软件的适用性、扩展性、行业性。
动力学环境—分类
2 环境预示
环境预示
1) 确定作用于卫星的飞行载荷或外场环境。它的主
要任务就是将动力学环境以特定的函数描述。它由 火箭设计部门提供。 主要内容 2) 根据飞行载荷或外场环境，预示卫星结构上各位 置的动力学环境，并根据预示结果，给出卫星结构 设计的环境要求和组件的环境试验要求。
动力学激励的预示
4 振动试验设备
振动试验设备
振动台－激振设备 控制系统－自动调整输出信
号的频率和幅度
振动试验设备 测量系统－对控制量和 响应量进行测量 辅助设备－液压水平滑台，弹 性支撑系统，振动试验夹具
振动试验设备—振动台
1. 机械振动台 2. 电动振动台，包括台体，功率放大器，辅助冷却系统（卫星常用） 3. 电液振动台
板上响应的频域的轨迹
模态分析
如果把外加简谐力的频率固定在某个固有频率值上，会发现，板在特定的固有频率 上会以特定的方式作振动。这个特定的振动方式和板的该固有频率对应的振型直接相关
模态分析—分析过程概述
材料特性的描述
几何描述
有限元模型的描述
边界条件的描述
载荷条件的描述
模型检查
分析计算
结果校验与结果分析
模拟运输振动台 YSMNT-100PC
产品优点 1. 价格低廉，价格只及美国同类产品的10% 2. 5寸真彩液晶触摸屏全功能控制，操作方便 简单 3. 同步静噪皮带传动，噪声极低 4. 试品装夹采用导轨式，操作方便、安全 5. 机台底座采用重型槽钢配减振胶垫，运行平稳， 无需安装地脚螺丝 6. 直流变频电机调速，运行平稳，负载能力强， 性能稳定长久。 7. 回转式振动（俗称跑马式）
正弦振动控制仪
随机振动控制仪
振动控制系统—自动调整输出信号频率和幅度，以实现多种振动参数自动控制的
信号源。按功能划分：正弦振动控制仪，随机振动控制仪。
振动试验设备—测量系统
加速度计 信号适调仪
振动测量设备
数据采集和存储
数据处理器
显示输出
振动试验设备—加速度计
加速度计： a. 压电式加速度计 利用压电效应 b. 压阻式加速度计 c. 变电容式加速度计
环境响应预示方法—外推法
根据已有型号卫星的动力学环境数据来外推新型号的动力学预示结果。不要
求卫星的详细结构，但要求被参考的型号与新型号之间在结构形式和载荷形式上
比较相似。 已知系统A的FEM计算结果、试验结果和系统B的计算结果
要外推系统B的试验结果 在两个方法中都是将试验得到的固有频率、阻尼、有效质量和计算得到的数 据作比值，由系统A来外推系统B。
振动试验设备—辅助设备
振动试验辅助设备：1. 水平滑台；2. 弹性附加支撑；3. 夹具
振动试验设备
5 工作映射
上海毅硕实验仪器厂主营产品有高低温试验箱,恒温恒湿试验箱,高温老化箱, 紫外, 氙灯耐气候试验箱,振动台,振动试验台,跌落台,微机电子万能材料试验机, 跌落试验台等 上海毅硕实验仪器厂以客户至上为导向，以诚信经营为根本，采取现代化物 流供应模式，高科技网络服务体系，基于ISO9001质量体系认证，谋求与客户建 立真诚的合作伙伴关系，实现客户利益最大化。 上海毅硕致力于提供最优化解 决方案以提升客户产品品质，推动中国各行业品质保障事业发展，确立自身的 行业领先地位。上海毅硕将更加充满信心，以卓越的高科技技术，制造一流的 环境试验设备，继续为更多的用户提供优质产品和完善的服务！
模态分析是对描述结构的动力学性质的
固有频率，阻尼，振型进行研究和分析的方 法。 如图是一块自由悬挂的方板，在某一角 上有一简谐外力，某一个角上有一个测量加 速度的传感器。 简谐力的表达式可以写为: 其中，简谐力的幅值不变，简谐力 的频率随时间变化。
模态分析
板上的响应的时域轨迹
响应在时域和频域的重叠表示
谢谢！ 诚请指导！
振动试验设备—加速度计
振动试验设备—加速度计
压电式加速度计的特性 1. 灵敏度 当压电式加速度计的敏感轴与物体运动方向平行 时，它的输出电荷（或电压）与输入的振动加速度之比 2. 频率特性 加速度计的灵敏度随频率的变化 3. 相位特性 加速度计的输出信号与机械输入信号之间的相位 差随频率的变化 4. 幅值线性度 压电加速度计从最小到最大使用动态范围内灵敏 度随振动量级改变的变化程度。 5.其它特性
振动试验设备—振动台
3. 载荷 a) 最大载荷：试件的最大质量 b) 偏载力矩 4. 振动幅值 5. 其它，如加速度波形失真度，横向振动比，台面加速度幅值均匀 度，频率指示误差，频率稳定度，加速度幅值指示误差，定振精度， 台面漏磁，辐射噪声最大声级，台面温度，本底噪声加速度。
振动试验设备—振动控制系统
n
FEM Acoustic Protection
Fairing Payload
Jet Noise Pinc(x)
动力学环境—分类
声 共振频率耦合
振动 航天器动力学 瞬态振动 冲击
环境
加速度
动力学环境—分类
振动性质进行分类： （1）正弦振动 来自运载火箭发动机不稳定燃烧而产生的推 力脉动变化，液体火箭的结构与液体推进剂、储 箱及供应系统在燃烧室压力和推力脉动变化下相 互作用产生的振动，频率范围为5-100Hz。 （2）随机振动 卫星经受的随机激励主要是声振动，运载火 箭排气所产生的声学噪声和卫星在高速飞行过程 中所产生的气动噪声。 （3）瞬态激励 主要来自飞行过程中的阵风，发动机点火和 关机，级间分离等突发载荷。