中高频分析模型在航天器发射技术中的应用

弹－装置系统所受的激励在时域内如果是脉冲载荷（如闭锁器的解脱力，某些弹射情况下弹后活塞运动至筒口时的止动力和水下发射战略导弹时，导弹冲破筒口隔膜时的冲击力等），则经过对脉冲载荷的频谱分析可知，中、高频成分的贡献是不可忽视的，它对结构的影响程度是力的峰值和脉冲持续时间的函数。脉冲载荷有时可能使连接部位发生错位变形以致薄弱环节发生断裂，有时可能引起弹上仪表瞬时失灵。脉冲载荷的影响在弹－装置系统多刚体动力学分析模型中有时不能反映出来，这就需要建立局部的有限元模型进行分析。对脉冲载荷的作用主要应该从结构设计入手，将载荷控制在允许的范围内。

燃气射流噪声场不论对自力发射还是弹射都是不容忽视的。噪声场激励中的中、高频成分的贡献引起的振动已成为考核弹－装置系统对发射环境适应性的主要项目之一，特别对大型导弹和航天器更是如此。美国早在20世纪60年代已开始这方面的研究工作，国内在导弹、卫星和航天器的研制过程中解决声振问题也取得很大进展，但在机理和噪声场控制和相关结构响应分析和预示方面，目前尚存在较大差距，还有很多待进一步研究的问题。

解决燃气噪声场激励下设备的声振问题，首先应采用有效的措施降噪，控制声压，也就是说从减少激励入手。这方面的问题，在3.2节将予以介绍。下面仅就在噪声场激励下的响应分析计算和可能采取的防范措施作一些简要介绍。

噪声场激励下的发射动力学分析模型，一般应根据噪声场情况和弹－装置系统的薄弱环节建立局部模型，例如发射筒、导弹底部、导弹尾段和仪表舱等。

由于燃气噪声场频谱为200 Hz～8 kHz，高频激励产生的响应不容忽视，所以模型应该细化，有时可达到几千个自由度。因为噪声场的复杂性和易损结构的差异，很难建立统一的模型。目前可供使用的方法有统计能量法（SEA）和有限元分析软件。有限元法可用的频率上限可达1 k Hz。如果感兴趣的频段更高，大多采用统计能量法。

在已定的噪声场或脉冲载荷的激励下响应值超过允许的范围，采用以下措施可以降低响应值。

1.单个设备和仪器的减振(www.xing528.com)

（1）对单一频率的激励，减振器的固有频率应该避开激励频率，否则会引起共振，增大阻尼可以减小共振峰值，一般取减振器的固有频率小于激励频率。

（2）如果激励的频率范围很宽（噪声激励属于宽带激励），这时减振器有可能不能避开激励频率。为了避免在激励频率范围内出现过大的共振峰值，采用大阻尼减振器或不用减振器，而设法增大结构自身的结构阻尼。

（3）对于脉冲载荷，由于它的瞬变性能够引起冲击振动，为减小结构自身的结构阻尼。其能量需将冲击能量储存于减振器，然后缓慢释放，以减小其峰值。为此，这类减振器要求较小的刚度，随之而来的问题是位移相应地加大，故要求有足够的空间。设计时必须留够所需的空间，否则会发生结构干涉。位移过大时，另一个值得注意的问题是可能超出弹性元件的线性范围，超出以后减振效果将得不到保证。

（4）全面考虑各种状态的减振要求。发射状态、运输状态、飞行状态的激励情况有很大差别。振动响应一般有轴向，也有横向，设计中应避免顾此失彼。必需全面考虑各种激励情况的响应。

2.整体减振

分别减振的主要问题是增加了仪器部分的质量，扩大了其占用的空间。许多仪器由于采用了减振器，结构质量大约增加了1／3，位移的增大也增加了仪器舱空间的紧张程度。整体减振有时也可不加减振器而利用结构本身来隔离高频振动能量。仪器舱大多是圆筒形结构，这种结构的固有频率较高，如果有集中质量，壳体和集中质量之间会形成单自由度振动，并且振动只在集中质量附近出现。若在壳体和集中质量之间选择适当的等效弹簧和阻尼器，就有可能形成类似单一减振器的单自由度系统，而无须另加减振器。