航天器微振动信号的地面测试方法

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1、第28卷第l期航天器环境工程2011印2JSPA(1F(1RAFTENVIR()NMENTENGINEERING67航天器微振动信号的地面测试方法李宁，韩晓健，李俊慧(北京卫星环境工程研究所，北京100094)摘要：文章从现阶段航天器故障诊断的测试需求出发，分析了航天嚣常见微振动信号的来源和特征，阐述了航天器微振动信号的地面测试方法，并对该方法的准确性进行了校验。最后将该方法应用于实际的型号测试中，取得了较好的效果。关键词：微振动；航天器结构；测量方法中图分类号：V416．2文献标识码：A文章编号：1673—1379(2011)01—0067-05DOh10．3969a．

2、issn．1673-1379．2011．01．013O引言航天器结构上的微振动信号会对航天器的状态及性能产生很大的影响。随着我国航天技术的发展，在故障诊断研究中对微振动信号的测试需求越来越迫切。NASA、欧空局等机构在该领域都进行过深入的研究，并开发出了高精度的测试系统，如：NASA格林研究中心开发的用于测鼍国际空间站微重力环境的空间加速度测量系统和高级微重力加速度测量系纠卜21；欧空局开发的PAx系统可用于在轨电子通信卫星的行为测量，以获得设计高精度光学有效载荷的数据掣引。我国兰州空间技术物理研究所也针对“神舟号”飞船微重力的测量研发出专门的微重力测量系统【41。以上微

3、振动测量方法均是对航天器结构或微振动环境进行在轨检测，所以称之为微重力加速度的测试。基于航天器结构的设计和故障诊断等需求，结合地面模拟测试方法的优势，本文研究出适合于地面模拟测试的微振动信号测试方法，称之为微振动信号的测量。1航天器微振动信号源分析航天器的微振动信号源主要有准稳态加速度、瞬变加速度和振动加速度3种。准稳态加速度的频率低于O．01Hz，量级一般不超过l049。瞬变加速度即发生跳变的微振动加速度，其最值一般在1049以上，持续时间范围为10．2～102S：产生瞬变加速度的力包括变轨推力、轨控和姿控推力、航天器辅助设备和有效载荷动作、航天员活动等。表现为稳态正弦

4、响应、随机涨落或衰减振荡的振动加速度，其量值(一般在10。69以上)和频谱(0．1～100Hz)因干扰源及航天器结构而异：振动加速度来自仪器设备的振动干扰及各种扰动因素引起的航天器结构的动力学响应pJ。准稳态加速度由于其极低的频率和极小的量值，对航天器有效载衙及微振动的影响可以忽略。我们所关注的是瞬变加速度和振动加速度，它们统称为微振动加速度。根据对国外研究成果和多种微振动信号源的特性分析，本文提出了测试精度为10‘4g量级的微振动信号测试方法，在现有试验设备的条件下，其频响范围低于3Hz。2航天器微振动信号地面测试方法航天器结构的微振动测量主要有加速度传感器测最和激光测

5、振两种方法。加速度传感器测量的优点是可以实现多点同时测试，而且可以置于航天器内部测最，便于空间应用；但其缺点是传感器本身对轻质最的被测结构有一定的影响，因此对传感器的选择要求较高。激光测振是一种成熟的非接触式测最技术，其原理是利用多普勒频移和干涉技术进行测鼍，其优点是对被测结构无影响；但这种测量方法在空间应用困难，另外对组装起来的航天器内部结构难以测量，且测点不宜很多。收稿日期：2010-11．25；修回日期：2010．12．29作者简介：李宁(1982一)，女，硕士学位，主要从事航天器动力学环境试验工作．E-mail：hattie_2006@163．tom．航天器环境工

6、程第28卷鉴于以上两种测量方法的特点，在航天器地面测试方法的研究和应用中，以加速度传感器测试为主，采用激光测振作为结果校验的辅助手段。2．1测量原理及测试状态根据需要，本文研究人员搭建了微振动信号的地面模拟试验台架，采用激振器激励航天器结构试验件。该试验件采用某结构星的侧板结构，材料为铝蜂窝板，与正样星铝蜂窝板的侧板结构材料相同，具有一定的代表性。通过控制激振器激励力的输出类型、频率及量级来模拟不同的微振动信号源。在试验过程中，采用加速度传感器测量结构的微振动响应信号，通过信号适调系统进行采集信号的放大和滤波处理，并进行数据的实时采集分析。微振动信号的测试原理如图l所示。

7、微振动传感器图l微振动信号测试原理图Fig．1Theprinciplediagramofmicro-vibrationsignaltesting微振动信号频率低、幅值小，采用普通的测量手段和仪器测试时，真实信号往往会混杂在噪声中，对进一步的数据处理和分析造成困难，甚至导致错误结论。因此在微振动信号的模拟测试中，加速度传感器的选取和测量参数的设置直接关系到测试的精度。根据航天器微振动信号的特点，加速度传感器必须要满足精度高、质量轻、频响低等特点。通过对比和反复试验，最后选取了几种加速度传感器。这几种传感器体积小，灵敏度是普通传感