航天動力學環(huán)境設(shè)計與試驗指南
本書編委由我國主要的航天器和運載火箭設(shè)計與試驗相關(guān)單位專家組成。總結(jié)了我國航天飛行器試驗動力學環(huán)境設(shè)計與試驗方面的經(jīng)驗，借鑒了美國NASA-STD-7005《動力學環(huán)境準則》標準內(nèi)容，系統(tǒng)地給出了航天飛行器在其壽命周期內(nèi)所經(jīng)歷的動力學環(huán)境的分類及任務(wù)事件、動態(tài)激勵或動力學環(huán)境引起的載荷預示方法、結(jié)構(gòu)環(huán)境激勵響應(yīng)預示方法、動力學最大預期環(huán)境計算方法、動力學環(huán)境在最大載荷處所持續(xù)的時間計算方法、動力學環(huán)境設(shè)計與試驗準則、動力學環(huán)境試驗過程中需要考慮的問題等內(nèi)容。本書為航天產(chǎn)品設(shè)計人員提供全面、詳盡的動力學環(huán)境設(shè)計與試驗工作指導，本書對于推動航天技術(shù)發(fā)展、提升我國航天飛行器產(chǎn)品研制能力具有重要意義。
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目錄
前言
第1章分類、描述和任務(wù)事件 １
1.1動力學環(huán)境的分類 １
1.1.1概述 １
1.1.2確定性動力學環(huán)境 2
1.1.3隨機動力學環(huán)境 3
1.2動力學環(huán)境描述 4
1.2.1概述 4
1.2.2時間歷程 5
1.2.3均值 5
1.2.4線譜 6
1.2.5白譜 6
1.2.6波數(shù)譜 7
1.2.7倍頻程譜 8
1.2.8最大譜 8
1.2.9傅氏譜 8
1.2. 10能量譜 9
1.2. 11沖擊響應(yīng)譜 9
1.2. 12互功率譜的相干函數(shù) 10
1.2. 13頻率響應(yīng)和脈沖響應(yīng)函數(shù) 11
1.3動力學環(huán)境任務(wù)事件 11
1.3.1概述 11
1.3.2運輸 12
1.3.3發(fā)射前的地震載荷 12
1.3.4風和紊流 13
1.3.5火箭發(fā)動機點火超壓 14
1.3.6起飛釋放載荷 14
1.3.7發(fā)動機噴流噪聲 14
1.3.8發(fā)動機產(chǎn)生的由結(jié)構(gòu)傳播的振動載荷 15
1.3.9氣動噪聲 15
1.3. 10發(fā)動機推力瞬變 16
1.3. 11上升過程中的機動載荷 17
1.3. 12 POG()振動 17
1.3. 13固體發(fā)動機壓力脈動 18
1.3. 14箱體內(nèi)液體晃動 18
1.3. 15級間和整流罩分離載荷 18
1.3. 16火工品引爆產(chǎn)生的載荷 19
1.3. 17飛行操作過程中產(chǎn)生的載荷 21
1.3. 18在軌運行中的振動載荷 21
1.3. 19行星降落、進入行星大氣層及著陸22
1.3.20地表穿透 23
1.3. 21空間碎片和微流星體碰撞 23
1.3. 22環(huán)境概要 24
參考文獻 25
第2章激勵預示分析 26
2.1低頻瞬態(tài)激勵 26
2.1.1分析模型 27
2.1.2外推法 28
2.1.3直接測量法 29
2.1.4評估 30
9.9低頻隨機激勵 30
2.2.1分析模型法 30
2.2.2縮比模型法 30
2.2.3外推法 31
2.2.4畝接測量法 31
2.2.5其他方法 31
2.2.6評估 31
2.3準周期激勵 32
2.4外部噪聲激勵 32
2.4.1聲功率法 32
2.4.2聲場縮比模型 35
2.4.3外推法 36
2.4.4直接測量法 37
2.4.5評估 37
2.5外部氣動激勵 38
2.5.1邊界層預測法 38
2.5.2風洞縮比模型法 42
2.5.3外推法 43
2.5.4直接測量法 43
2.5.5評估 44
2.6 內(nèi)部噪聲激勵 44
2.6.1模態(tài)分析法 45
2.6.2統(tǒng)計能量分析法 45
2.6.3動力學縮比模型 51
2.6.4外推法 51
2.6.5直接測量法 52
2.6.6填充因子 52
2.6.7泄壓口噪聲 53
2.6.8機械振動輻射 54
2.6.9評估 54
2.7結(jié)構(gòu)傳播式振動激勵 55
2.8高頻瞬態(tài)激勵 56
參考文獻． 56
第3章響應(yīng)預示分析 58
3.1低頻振動和瞬態(tài)響應(yīng) 58
3.1.1結(jié)構(gòu)動力學模型 60
3.1.2經(jīng)典正則模態(tài)分析方法． 60
3.1.3有限元建模方法 64
3.1.4其他建模方法 66
3.1.5模型驗證 67
3.1.6低頻響應(yīng)分析 70
3.1.7組合低頻響應(yīng) 75
3.1.8評估-77
3.1.9高頻振動響應(yīng) 79
3.2.1經(jīng)典正交模態(tài)分析法 80
3.2.2統(tǒng)計能量分析法 81
3.2.3有限元法 88
3.2.4外推法 89
3.2.5直接測量法 92
3.2.6評估 93
3.3高頻瞬態(tài)響應(yīng) 93
3.3.1分析模型法 93
3.3.2經(jīng)驗模型法 94
3.3.3統(tǒng)計能量分析法 95
3.3.4外推法 98
3.3.5直接測量法 101
3.3.6評估 102
參考文獻 103
第4章最大預期環(huán)境計算． 106
4.1空間差異——點預示方法 106
4.1.1包絡(luò)限 108
4.1.2正態(tài)容差限 109
4.1.3無分布容差限 113
4.1.4經(jīng)驗容差限 114
4.1.5正態(tài)預測限 116
4.1.6評估 118
4.2空間差異——區(qū)間預示方法 119
4.2.1頻率分辨率帶寬的變化 120
4.2.2結(jié)構(gòu)區(qū)間的變化 121
4.3多次飛行過程之間的差異 122
4.4容差限超過部分的選擇 123
4.5輸入運動限值的約束 125
4.5.1基本原理 126
4.5.2輸入力控制技術(shù) 127
4.5.3輸入加速度限制方法 130
4.5.4響應(yīng)加速度限制方法 132
4.5.5噪聲試驗 132
4.5.6評估 133
4.6瞬態(tài)波形的重構(gòu) 134
參考文獻 135
第5章環(huán)境持續(xù)時間的計算 138
5.1失效模型 139
5.1.1逆冪律模型 140
5.1.2基于S-N曲線的疲勞損傷模型 141
5.1.3基于裂紋生長速率的疲勞損傷模型 142
5.1.4首次穿越模型 144
5.1.5評估 147
5.2短時噪聲與振動載荷的持續(xù)時間 147
5.2.1近似流程 147
5.2.2數(shù)值計算流程 149
5.2.3多次飛行事件的過程 150
5.2.4評估 151
5.3長時間噪聲與振動載荷的持續(xù)時間 152
5.3.1加速噪聲與振動試驗 153
5.3.2耐久性和功能性試驗 153
5.3.3環(huán)境作用時間和設(shè)訃準則 154
參考文獻 154
第6章設(shè)計與試驗準則 156
6.1概述 156
6.2低頻振動和瞬態(tài)響應(yīng) 156
6.2.1設(shè)計準則 157
6.2.2方案和初樣設(shè)計階段 160
6.2.3后期和最終設(shè)計 163
6.2.4模態(tài)試驗 164
6.2.5試驗準則 164
6.3高頻振動響應(yīng) 165
6.3.1初始設(shè)計 165
6.3.2最終設(shè)計 170
6.3.3設(shè)計與試驗余量 171
6.4高頻瞬態(tài)響應(yīng) 174
6.4.1 -般設(shè)計考慮 174
6.4.2設(shè)計與試驗余量 175
參考文獻 175
第7章試驗總則 177
7.1試驗目的177
7.1.1鑒定試驗177
7.1.2驗收試驗178
7.1.3單件首飛試驗178
7.2動力學激勵事件179
7.2.1短時事件179
7.2.2長持續(xù)時間事件180
7.3裝配層級181
7.4模擬類別182
7.4.1正弦掃描激勵模擬瞬態(tài)激勵182
7.4.2多軸激勵183
7.5試驗夾具184
7.5.1小型試件184
7.5.2大型試件184
7.6試驗失效的判斷185
第8章試驗設(shè)備與過程要求187
8.1低頻振動試驗187
8.1.1試驗設(shè)備187
8.1.2試驗程序190
8.2低頻瞬態(tài)試驗192
8.2.1試驗設(shè)備192
8.2.2試驗程序193
8.2.3替代程序194
8.3高頻振動試驗195
8.3.1試驗設(shè)備195
8.3.2試驗程序196
8.4高頻瞬態(tài)試驗196
8.4.1試驗設(shè)備196
8.4.2試驗程序199
8.5聲試驗200
8.5.1試驗設(shè)備200
8.5.2試驗程序202
8.6替代動力學試驗203
8.6.1聯(lián)合動力學試驗203
8.6.2直接聲場法聲試驗203
參考文獻204
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