一种基于发动机试车的组合件力学环境试验条件制定方法技术

本发明专利技术涉及一种基于发动机试车的组合件力学环境试验条件制定方法，包括：根据现有的试车振动数据，选取距离组合件最近且位于同一振源的加速度测点，获得发动机试车过程中的时域加速度信号；对获得发动机试车过程中的时域加速度信号进行傅立叶变换，获得频域数据，对获得频域数据进行分析，结合发动机实际工作频率及自身结构频率，通过滤波剔除干扰频率

【技术实现步骤摘要】
一种基于发动机试车的组合件力学环境试验条件制定方法


[0001]本专利技术涉及一种基于发动机试车的组合件力学环境试验条件制定方法，属于液体火箭发动机

。

技术介绍

[0002]液体火箭发动机作为一种复杂的热力机械，工作在深冷
、
高温
、
高压
、
强振动等极端力热环境下，其力学参数具有空间尺度小
、
梯度变化大
、
边界条件复杂
、
影响因素强耦合等特点
。
近几年出现的发动机重大故障中，绝大多数都与动载荷有关，动载荷的识别技术已成为液体火箭发动机领域亟待解决的瓶颈技术
。
[0003]现有技术中液体火箭发动机设计时一般只考虑自身工作时的稳态载荷，而对自身工作产生的动态载荷
(
如振动
、
噪声
、
冲击
、
压力脉动以及瞬态温度变化等
)
缺乏考虑
。
发动机及组合件对动力学环境的适应性主要通过振动试验和热试车考核
。
而要开展振动试验，则需制定出合理的力学环境试验条件，既不能过试验又不能欠考核
。
[0004]随机振动响应带有很大的随机性，用振动数据进行包络分析时，通常包络得到的总均方根值比实际振动能量大几倍到十几倍不等，对于箭体
、
卫星等非振源且振动量级较小的位置，这样包络是合理的，但对于发动机这样的振源位置，包络出的总能量通常大到组合件难以承受，例如在某发动机中减压阀和氦气减压器的振动试验中，采用试车振动数据包络的振动试验条件，发现存在过考核的风险
。
发动机该选用什么样的包络方法更为合理，需要结合发动机的实际情况进行研究
。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种基于发动机试车的组合件力学环境试验条件制定方法，通过制定组合件力学环境试验条件，指导组合件批抽检力学环境试验及状态变化后的力学环境鉴定试验
。
[0006]本专利技术解决技术的方案是：
[0007]一种基于发动机试车的组合件力学环境试验条件制定方法，包括：
[0008]根据现有的试车振动数据，选取距离组合件最近且位于同一振源的加速度测点，获得发动机试车过程中的时域加速度信号；
[0009]对获得发动机试车过程中的时域加速度信号进行傅立叶变换，获得频域数据，对获得频域数据进行分析，结合发动机实际工作频率及自身结构频率，通过滤波剔除干扰频率；
[0010]对滤波后的时域加速度信号进行综合加速度计算和功率谱密度分析，获取综合加速度值及功率谱密度曲线，基于功率谱密度曲线绘制包络谱，基于包络谱获得包络谱的总均方根值；
[0011]结合滤波后的综合加速度值与包络谱的总均方根值，制定组合件力学环境试验条件，指导组合件批抽检力学环境试验及状态变化后的力学环境鉴定试验
。
[0012]进一步的，综合加速度计算方法为：其中，
f(t)
为加速度时域信号，
T
为发动机工作平稳段中的时间，
F
RMS
为综合加速度值
。
[0013]进一步的，傅立叶变换方法为：其中，
ω
＝2π
f
，
f(t)
为时域数据序列，
F(
ω
)
为频域的谱函数序列，
e
j
ω
t
为复指数函数，
j
为复数，
ω
为圆频率，
t
为时间变量
。
[0014]进一步的，基于功率谱密度曲线为其中，
e
j
ωτ
为复指数函数，
j
为复数，
ω
为圆频率，
τ
为时间变量
。
[0015]进一步的，包络谱的总均方根值为其中
f2、f1为所制定条件的上限频率和下限频率，
PSD
为包络谱的功率谱密度
。
[0016]进一步的，包络谱的功率谱密度
PSD
＝
af
n
，其中，
a
为常数，
f
为频率，
n
为指数
。
[0017]一种基于发动机试车的组合件力学环境试验条件制定系统，包括：
[0018]时域加速度信号获取模块，根据现有的试车振动数据，选取距离组合件最近且位于同一振源的加速度测点，获得发动机试车过程中的时域加速度信号；
[0019]剔除干扰频率剔除模块，对获得发动机试车过程中的时域加速度信号进行傅立叶变换，获得频域数据，对获得频域数据进行分析，结合发动机实际工作频率及自身结构频率，通过滤波剔除干扰频率；
[0020]包络谱的总均方根值获取模块，对滤波后的时域加速度信号进行综合加速度计算和功率谱密度分析，获取综合加速度值及功率谱密度曲线，基于功率谱密度曲线绘制包络谱，基于包络谱获得包络谱的总均方根值；
[0021]组合件力学环境试验条件制定模块，结合滤波后的综合加速度值与包络谱的总均方根值，制定组合件力学环境试验条件，指导组合件批抽检力学环境试验及状态变化后的力学环境鉴定试验
。
[0022]本专利技术与现有技术相比的有益效果是：
[0023](1)
本专利技术包括试车振动数据获取
、
傅立叶变换
、
频谱分析并剔除干扰频率
、
功率谱密度分析
、
绘制包络谱
、
制定组合件力学环境试验条件；试验条件制定后，还可以进行组合件的结构动态特性分析，进而进行力学环境试验验证；
[0024](2)
本专利技术试车振动数据获取，包括选择距离组合件最近且位于同一振源的测点
、
选取平稳段综合加速度值大的试车振动数据；通过选择距离组合件最近且位于同一振源的测点，使测量的参数能够反映组合件的真实力学环境；
[0025](3)
本专利技术选取
N≥4
次的试车数据，充分考虑到了发动机试车随机振动响应的随机性；统计平稳段的综合加速度，避免了起动和关机段发动机不稳定的工况
。
选取综合加速度值较大的试车振动数据，避免通过该方法制定的力学环境试验条件存在欠考核问题
。
附图说明
[0026]图1为本专利技术流程图
。
[0027]图2为本专利技术具体实施例中的试车振动数据频域图；
[0028]图3为本专利技术具体实施例中的试车剔除干扰频率后的振动数据频域图；
[0029]图4为本专利技术具体实施例中的试车振动数据功率谱密度图；
[0030]图5为本专利技术具体实施例中的包本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于发动机试车的组合件力学环境试验条件制定方法，其特征在于，包括：根据现有的试车振动数据，选取距离组合件最近且位于同一振源的加速度测点，获得发动机试车过程中的时域加速度信号；对获得发动机试车过程中的时域加速度信号进行傅立叶变换，获得频域数据，对获得频域数据进行分析，结合发动机实际工作频率及自身结构频率，通过滤波剔除干扰频率；对滤波后的时域加速度信号进行综合加速度计算和功率谱密度分析，获取综合加速度值及功率谱密度曲线，基于功率谱密度曲线绘制包络谱，基于包络谱获得包络谱的总均方根值；结合滤波后的综合加速度值与包络谱的总均方根值，制定组合件力学环境试验条件，指导组合件批抽检力学环境试验及状态变化后的力学环境鉴定试验
。2.
根据权利要求1所述的一种基于发动机试车的组合件力学环境试验条件制定方法，其特征在于，综合加速度计算方法为：其中，
f(t)
为加速度时域信号，
T
为发动机工作平稳段中的时间，
F
RMS
为综合加速度值
。3.
根据权利要求1所述的一种基于发动机试车的组合件力学环境试验条件制定方法，其特征在于，傅立叶变换方法为：其中，
ω
＝2π
f
，
f(t)
为时域数据序列，
F(
ω
)
为频域的谱函数序列，
e
j
ω
t
为复指数函数，
j
为复数，
ω
为圆频率，
t
为时间变量
。4.
根据权利要求1所述的一种基于发动机试车的组合件力学环境试验条件制定方法，其特征在于，基于功率谱密度曲线为其中，
e
j
ωτ
为复指数函数，
j
为复数，
ω
为圆频率，
τ
为时间变量
。5.
根据权利要求1所述的一种基于发动机试车的组合件力学环境试验条件制定方法，其特征在于，包络谱的总均方根值为其中
f2、f1为所制定条件的上限频率和下限频率，
PSD
为包络谱的功率谱密度
。6.
根据权利要求5所述的一种基于发动机试车的组合件力学环境试验条件制定方法，其特征在于，包络谱的...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶莺樱，张帆，耿斌斌，张成印，康红雷，王五四，王志猛，陈洋，庞红丽，胡坚勇，张振，
申请(专利权)人：北京航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：