2025年4月25日凌晨,神舟二十號載人飛船發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功,3名航天員順利進(jìn)入中國空間站。戰(zhàn)勝地心引力,穿越大氣阻力,在摩擦和振動中平穩(wěn)駛?cè)胩?,這是中國航天事業(yè)取得的又一項了不起的成功。
振動測試在軍工和航天領(lǐng)域具有重要意義。它能夠模擬產(chǎn)品在運(yùn)輸、飛行等過程中的振動環(huán)境,評估產(chǎn)品的抗沖擊和抗振動能力,從而確保其結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、可靠性和安全性。例如,像神舟二十號載人飛船這類火箭和衛(wèi)星在研制過程中必須經(jīng)過嚴(yán)格的振動測試,以確保其在發(fā)射和運(yùn)行過程中的穩(wěn)定性和安全性。
具體說來,就是在役航天器要先經(jīng)過振動臺主要用于模擬航天器在發(fā)射、飛行和返回過程中所經(jīng)歷的復(fù)雜力學(xué)環(huán)境(如振動、沖擊、噪聲等),以驗證其結(jié)構(gòu)可靠性和性能穩(wěn)定性。
(1) 發(fā)射階段環(huán)境模擬
火箭發(fā)射振動:模擬運(yùn)載火箭發(fā)動機(jī)點火、級間分離、跨音速飛行等階段產(chǎn)生的寬頻隨機(jī)振動和正弦振動,測試衛(wèi)星、飛船等載荷的耐振性。
結(jié)構(gòu)完整性驗證:檢測航天器結(jié)構(gòu)(如太陽能帆板、天線、支架)在振動環(huán)境下的疲勞壽命和潛在共振點。
(2) 在軌運(yùn)行環(huán)境測試
微振動影響分析:模擬航天器在軌運(yùn)行時飛輪、陀螺儀等設(shè)備產(chǎn)生的微振動,評估其對高精度載荷(如光學(xué)相機(jī)、激光通信設(shè)備)的干擾。
展開機(jī)構(gòu)測試:驗證可展開結(jié)構(gòu)(如太陽翼、大型天線)在振動環(huán)境下的可靠展開和鎖定性能。
(3) 返回與著陸沖擊測試
模擬返回艙再入大氣層時的氣動噪聲振動及著陸沖擊(如降落傘開傘沖擊、著陸反推點火),確保敏感儀器(如黑匣子、導(dǎo)航系統(tǒng))的生存性。
(4) 部件與材料級測試
對航天器關(guān)鍵部件(如推進(jìn)劑貯箱、電子設(shè)備、連接器)進(jìn)行振動篩選(ESS,環(huán)境應(yīng)力篩選),提前暴露制造缺陷。
航天領(lǐng)域常用的振動臺需滿足高頻、高加速度、多自由度等嚴(yán)苛要求:
電動振動臺:覆蓋低頻至高頻(5Hz~2000Hz),適合正弦和隨機(jī)振動測試。
液壓振動臺:用于大推力、低頻(0.1~100Hz)測試,如大型航天器整體振動試驗。
三軸/六自由度振動臺:模擬多向復(fù)合振動,更貼近真實發(fā)射環(huán)境。
混合仿真系統(tǒng):結(jié)合振動臺與數(shù)值模擬,實現(xiàn)復(fù)雜工況(如氣動-結(jié)構(gòu)耦合)的實時測試。
隨著航空航天技術(shù)的迅猛發(fā)展,新一代火箭、空間站、大飛機(jī)、航母等大型部件乃至整機(jī)件的可行性試驗需求,也對振動臺的臺面尺寸和推力產(chǎn)生了更高需求,頻率和推力(噸數(shù))成為了評判振動臺性能的關(guān)鍵指標(biāo)。對試驗設(shè)備行業(yè)來說,這是更高要求,也是更寬廣的機(jī)會。
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