GB/T34516-2017
航天器振动试验方法
Vibrationtestmethodforspacecraft
- 中国标准分类号（CCS）V70
- 国际标准分类号（ICS）49.020
- 实施日期2018-05-01
- 文件格式PDF
- 文本页数13页
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航天器振动试验方法
国家标准 GB/T34516一2017 航天器振动试验方法 Vibrationtestmetholforspaceeratft 2017-11-01发布 2018-05-01实施 国家质量监督检验检疫总局 发布 国家标准化管理委员会国家标准
GB/34516一2017 航天器振动试验方法 范围 本标准规定了航天器振动试验的试验要求,试验系统,试验程序,试验中断和处理,试验结果评价 本标准适用于航天器系统级(以下简称航天器)振动试验,分系统级和组件级振动试验可参照执行
2 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件
2.1 试验条件允许偏差testconditiontoleranee 试验过程中实际加载的条件与规定试验条件之间允许的偏差范围
2.2 过试验over-test 在试验过程中航天器经受的试验量值高于规定试验量值允许偏差上限的现象
2.3 欠试验under-test 在试验过程中航天器经受的试验量值低于规定试验量值允许偏差下限的现象 2.4 control 多点平均控制multipont average 对多个控制点的响应进行平均,并将平均值与试验量级设定值进行比较,用二者之间的差值对试验 进行控制的方式
2.5 多点极值控制matpoimt extremevaluecontrol 对多个控制点的响应值取包络,并将包络值与试验量级设定值进行比较,用二者之间的差值对试验 进行控制的方式
极值控制通常包括极大值控制和极小值控制,它们分别对应于极大值包络和极小值 包络
2.6 扫描速率sweeprate 正弦扫描振动试验中频率扫描的速率
通常分为线性扫描和对数扫描两种,线性扫描中频率按线 性规律变化,即单位时间内频率的变化范围为定值,单位为赫兹每分钟(Hz/min);对数扫描中频率按对 数规律变化,即单位时间内频率变化范围的倍频程数为定值,单位为倍频程每分钟(Oct/m 'mln
2.7 下凹notchin ing 振动试验过程中控制航天器上某些特定部位振动响应不超过规定值而采取主动降低振动输人量级 的技术
2.8 响应控制responsecontrol 振动试验过程中为保证航天器关键部位响应不超过限定值,控制系统对该部位响应进行测量并依
GB/T34516一2017 据响应值自动降低振动输人量级的技术
2.9 力限控制foree-limitedcomtrol 振动试验过程中为保证振动台/夹具和航天器之间的动态力参数不超过限定值,控制系统对力参数 进行测量并依据响应值自动降低振动输人量级的技术
2.10 力测量装置foreemeasurement deviee;FNMD 在力限振动试验中,用于航天器和振动台之间的连接,传递和测量航天器承受力(力矩)的装置,同 时具备试验夹具和力测量的功能，一般由力传感器、上下辅助工装组合而成 2.11 常电平输出信号sigmlfcntantouputeeladapr.coLA信号 正弦扫描试验中由振动控制仪发出的常电平输出信号,提供给数据采集分析仪进行振动频率的 辨识
2.12 preteseel 预振级 正式试验之前用于检查试验系统工作是否正常,并对控制参数进行优化的试验量级
2.13 特征级signaturelevel 用于结构响应特征检验和全量级试验下凹条件预示,并检验航天器在经历全量级试验后航天器动 态特性变化情况的试验量级
2.14 全量级folllevel 航天器需经受考核的试验量级，一般指验收级、准鉴定级和鉴定级
试验要求 3 3.1试验目的 航天器振动试验的目的主要有 考核航天器结构经受鉴定级振动环境的能力 a b) 验证航天器在规定的振动环境条件下的工作性能 获取航天器的振动响应数据; c d 暴露航天器工艺制造质量缺陷
3.2试验技术状态 航天器技术状态根据试验目的确定,试验前应完成航天器总装及功能、性能测试,在试验输人文件 中应给出航天器的技术状态,一般包括: 航天器的质量特性、外形尺寸、动力学特性等; a b) 航天器的各分系统的组成及状态 3.3试验类型 航天器振动试验一般包括正弦扫描振动试验和随机振动试验
GB/34516一2017 3.4试验条件 3.4.1概述 试验输人文件中应对试验条件进行规定,试验条件一般包括试验量级,试验加载频率范围试验加 载方向、试验持续时间等
正弦扫描振动试验的持续时间由扫描速率和频率范围共同确定,随机振动试 验的持续时间以秒或分表示
试验加载方向一般与航天器的机械轴向坐标一致
3.4.2试验量级 试验量级要求如下 试验量级一般分为预振级试验、特征级试验,全量级试验
a b 预振级试验量级小于或等于特征级试验量级,试验类型一般与特征级试验相同
特征级试验一般情况下是正弦振动试验,如有特殊要求,可以以随机振动的形式进行
正弦试 c 验量级不宜超过验收级试验量级的1/3,随机试验条件的功率谱密度谱型与验收级一致,加速 度总均方根值不超过验收级的1/3
d 全量级试验根据试验目的进行选择,加载顺序从低到高
3.4.3试验条件允许偏差 正弦振动试验允许偏差包括试验频率、加速度幅值允许偏差要求,随机振动试验包括不同频率段的 功率谱密度和加速度总均方根允许偏差、试验时间允许偏差
试验条件允许偏差一般在试验输人文件 中规定,否则应采取表1所给出的允许偏差
表1试验条件允许偏差 序号 参数 试验条件允许偏差 试验持续时间 0%~10% 振动频率 士2% 正弦振动加速度幅值 士10% 频率范围 最大控制带宽 士1.5dB 20Hz100Hz 10Hz或者更窄 随机振 士1.5dB 中心频率的10% 100Hz~1000Hz 动功率 (不含1000Hz) 谱密度" 1000Hz~2000Hz 00Hz 士3,0dB 士1.0dlB 随机振动加速度总均方根值 为了估计允许偏差,可以将控制带宽合并,统计自由度至少为100
3.5控制要求 3.5.1控制点位置 试验控制点一般安装在航天器与夹具的对接面附近,多点控制时一般采用均匀分布
在有特殊要 求时,根据设计要求来确定控制点位置
3.5.2控制方式 振动试验控制一般采用多点控制方式,包括多点平均控制,多点极大值和极小值控制,具体方式由
GB/T34516一2017 相关试验技术文件确定
3.5.3数据处理方式 正弦振动试验时每个控制通道的数据处理方式有绝对值峰值法、均值峰值法,有效值峰值法、滤波 峰值法等，一般采用绝对值峰值法,特殊要求时由相关试验技术文件确定
随机振动试验时按照常规的随机数据处理方式进行控制数据的处理
3.5.4下凹控制 在全量级振动试验中,如果需要对验收级、鉴定级或准鉴定级的试验条件进行预先下凹,在试验输 人文件中应明确下凹的原则和要求
3.5.5响应控制 在全量级振动试验中,如果需要采用航天器的关键部位响应进行响应控制,在试验输人文件中应规 定响应控制原则、测点、控制条件及控制通道数量等要求
3.5.6力限控制 如果在试验中需要使用力限控制,则应在试验输人文件中规定力传感器的安装方式、力(力矩)控制 的原则和力限控制条件等
3.6试验测量 在振动试验过程中,需要测量航天器的振动响应时,应在试验输人文件中对测量传感器的数量,安 装位置、类型、量程以及对测量数据的处理方式,处理要求等进行规定
3.7传感器安装和拆卸 在试验输人文件中,应对测量传感器的安装和拆卸时机、电缆走线、安装方式等提出要求
3.8接口 试验输人文件中应对航天器与振动台之间的接口进行明确,并给出试验夹具的设计指标要求
3.9航天器安装防护和保护带 试验输人文件中应给出航天器安装过程中的安全防护要求,如果需要,可以安装悬吊保护带,保护 带的要求如下 保护带总的许用拉力应大于航天器起吊时的起吊载荷,并应有一定的安全裕度" a b)保护带固定点应高于航天器1m以上,安装完成后,保护带保持松弛,在正常的试验过程中应 保证不对航天器产生附加力
3.10试验有效性准则 判定试验有效性的准则如下: 达到预期试验目的 a) b) 控制加载正确,满足相关试验文件或表1规定的试验条件允许偏差要求; 航天器振动响应数据的获取完整、有效
c 3.11试验环境要求 除非另有规定,试验环境要求如下
GB/34516一2017 温度15C25C; a b)相对湿度:30%一60% 洁净度100000级
3.12其他要求 在试验输人文件中,应根据需要对试验室的基础环境设施进行规定,包括试验室水、电、气、场地情 况等
试验系统 4.1概述 振动试验系统包括;振动台分系统、控制分系统、测量分系统及试验夹具
试验中使用的仪器,设备 应检定合格,并在检定有效期内使用,各分系统应分别接地，接地电阻应满足试验要求
4.2振动台分系统 4.2.1振动台 振动台的一般要求如下 额定推力应大于根据运动部分总质量及试验加速度过载要求所估算的需用推力; a b 额定静载能力应大于航天器及夹具的质量之和,如不满足,则应采用辅助弹性支撑,支撑系统 的固有频率应低于1.5Hz,且位移变化量应大于振动台的最大位移; 最大位移应大于试验条件所规定的位移要求; c d 使用频率范围应满足试验频率上、下限值要求
4.2.2水平滑台 水平滑台作为振动台的辅助设备,主要要求如下: 抗倾覆力矩应大于航天器横向振动产生的倾覆力矩 a b 台面应具有平直的频响特性; 台面应具有较大的抗弯刚度,如果不满足使用要求,应采取加强措施; c d 额定静承载能力应大于航天器、夹具及其他运动件的质量之和 滑台台面各点的振动响应应均匀
4.2.3垂直扩展台面 垂直扩展台面的主要要求如下 抗倾覆力矩应大于航天器横向振动产生的倾覆力矩; a b) 额定静承载能力应大于航天器,夹具的质量之和 扩展台面的加速度不均匀性和横向分量应满足使用要求 c d)扩展台面工作状态下的一阶扭转或摇摆频率宜避开航天器的纵向一阶频率和关键大部件的共 振频率
4.3控制分系统 控制分系统一般包括振动控制仪、加速度传感器、信号调节器,对于特殊系统还有其他仪器
加速 度传感器和信号调节器应满足4.4.2和4.4.3的相关要求
振动控制仪的一般要求如下
GB/T34516一2017 应至少具有正弦振动、随机振动等模块; a D)具有多点平均控制、多点极值控制,多点响应控制及正弦随机数据处理功能 c 正弦模块中具有正弦扫描速率可变、常电平信号输出等基本功能
4.4测量分系统 4.4.1分系统组成 测量分系统一般包括传感器(加速度传感器、应变片,力传感器、信号调节器(加速度、力、应变放 大系统、数据采集分析仪等
4.4.2 传感器选择 4.4.2.1 加速度传感器选择 加速度传感器的选择宜遵循以下原则 a -般采用压电式加速度传感器,测量用传感器宜选择三向加速度传感器,控制用传感器宜选用 单向加速度传感器; 测量用加速度传感器灵敏度和量程范围的选择应考虑被测件的响应大小和背景噪声,控制用 b 加速度传感器的灵敏度应根据试验量级的大小选择; 根据被测量部位的局部刚度和质量,选择不同重量的测量用加速度传感器; c 传感器的频响范围应满足使用要求,其固有频率一般是试验频率上限的5倍; d 传感器的横向灵敏度和幅值线性度宜满足试验和使用要求
e 4.4.2.2应变片选择 对应变测量,宜根据需要选择应变片的形式(单向或应变化)、尺寸、量程和精度等级,所用电缆为低 噪声电缆
4.4.2.3力传感器选择 力传感器的选择宜遵循以下原则 -般采用压电式三向力传感器,其尺寸和量程应根据航天器结构和试验量级来选择， a b 力传感器数量选择应考虑力测量范围,力测量装置的刚度和强度,航天器结构特点等因素， 般采取均布方式 优先选用出厂前已施加了预紧力的三向力传感器,如果不能满足要求,则宜在试验前施加预 紧力 力传感器的频响范围应满足使用要求,其固有频率一般不低于试验最高频率的5倍; d 力传感器的直线度、滞后、横向灵敏度宜满足试验和使用要求
e 4.4.3信号调节器 4.4.3.1加速度信号调节器 加速度信号调节器要求如下 信号调节器的滤波器应具有线性相移特性,试验频率范围内的误差应在试验允许的范围内; a b 具有可调节放大功能,宜具有归一化输出功能; 幅值线性度应满足试验要求
GB/34516一2017 4.4.3.2动态应变放大系统 动态应变放大系统的技术指标应满足相关试验技术文件提出的对应变测量的要求
4.4.3.3力信号调节系统 力信号调节系统要求如下: 一般应具有信号调节和信号计算合成两种功能; a b 信号调节功能包括信号调节放大(衰减)功能、高低通滤波处理等功能,幅值线性度应满足试验 要求; 信号计算合成功能包括合力,分力矩和合力矩的计算功能,并可进行输出信号的增益衰减 设置
4.4.4数据采集分析仪 数据采集分析仪在硬件和软件上应满足航天器试验的测量需求,主要要求如下 应具有正弦振动和随机振动数据采集模块,具备实时数据采集、记录、处理、分析功能 aa b 宜具有时域数据的存贮和回放功能 一般应具有高低通滤波处理功能; c d)本底噪声应满足测试信噪比要求
4.5试验夹具 试验夹具要求如下 夹具刚度质量比宜尽可能大,优先采用铝镁合金材料整体铸造、焊接或整体机加成型 a b 夹具与航天器的对接面一般模拟航天器发射飞行时航天器的对接面,夹具的形状与几何尺寸 应满足航天器及振动台接口要求 在整个试验频率范围内,夹具与航天器连接面上的各点响应应均匀 c d 夹具的一阶固有频率应高于航天器正弦振动试验的最高频率,当无法满足时,夹具的一阶固有 频率一般应高于航天器一阶固有频率的3倍; 在力限试验中,使用力测量装置作为试验夹具,除应满足上述的要求外，上辅助工装的质量一 般应小于航天器质量的十分之一,如果质量较大,则在制定航天器力限条件时应考虑上辅助工 装质量的影响
上、下辅助工装和三向力传感器的接触面之间应配合紧密,力传感器和辅助工 装之间的预紧力应大于最大载荷力
试验程序 5. 试验前准备 5.1.1试验文件 试验前应依据试验输人文件的技术要求编制试验文件,包括试验实施方案,试验细则、技术流程等 技术文件以及试验计划流程、质量保证大纲等管理文件
试验文件应经过评审,并在审批后归档保存
5.1.2夹具准备 对新研制的夹具,应按4.5和相关技术文件的要求进行设计、加工与验收，且验收合格
对于重复 使用的夹具,试验前应对试验夹具的状态以及与航天器的接口进行确认
GB/T34516一2017 对于需要进行力限控制的试验,试验夹具以力测量装置来代替,应按照4.4.2.3和相关技术文件的 要求进行力传感器的选择,并进行力测量装置的设计,加工、验收、组装、调试和标定
5.1.3测量传感器安装 试验前应完成所有测量传感器的安装，一般在航天器总装阶段完成测量传感器的安装
按4.4.2 的要求进行测量传感器的选择,按照以下要求进行传感器的安装 a 航天器加速度传感器安装时,宜保证传感器的轴向与航天器的轴向一致,如无法完全一致,应 对偏离的状态进行记录和确认; b 加速度传感器一般采用胶接,特殊情况下可采用螺接,应浮地,安装完毕后宜进行可靠固定; c 连接电缆宜选择低噪声电缆并固定,接头连接应牢固可靠; d 在粘贴时宜注意对航天器的保护; 应恰当处理粘贴应变片位置的结构表面,按使用说明书和粘贴工艺安装应变片
e 5.1.4设备检查和调试 5.1.4.1 设备调试 对振动台分系统、控制分系统和测量分系统进行检查,应处于正常工作状态,并分别按垂直与水平 两个方向进行振动台的调试
调试时应按照试验时的最高量级,必要时使用结构件进行调试
5.1.4.2力测量装置校核 在进行力限控制时,宜在振动台调试时进行力测量装置有效性校核
校核要求如下 对力测量装置本身做正弦扫描或定频试验,记录力测量的相关数据; a) b) 如果需要,可使用标准配重做正弦扫描或定频试验,记录力测量的相关数据; 对理论值和测量值进行比较,分析误差原因,并确认力测量结果是否有效
c 5.1.5安全检查 试验前应对试验室及航天器进行技术安全检查,检查要求如下 起重设备应检定合格,并在有效期内使用,必要时应用配重试吊; a b) 航天器进场前应对试验室供,配电系统进行安全检查; 航天器上有火工品、易燃、易爆,有毒、有害物品,高压容器等危险源时,应按相关技术文件进行 c 管理
5.2试验实施 5.2.1实施程序 系统级振动试验一般在3个相互正交的方向上分别进行,一般情况下每个方向的试验实施程序 如下 试验设备准备就绪
按照试验加载顺序的要求,完成振动台分系统、控制分系统和测量分系统 a 准备工作,并进行调试
力限试验中,应对力测量装置进行组装、调试和标定,并按5,1.4.2的 要求进行力测量装置有效性校核
b 航天器就位
将航天器按照试验方向在振动台上就位,如果振动台静承载不能满足要求,应安 装合适的辅助弹性支承
弹性支承的频率和位移要求应满足4.2.1的要求
如果需要安装航 天器保护带,应按3.9的要求进行航天器的防护和保护带的安装
控制分系统和测量分系统准备
控制分系统进行控制传感器安装、试验参数设置工作
测量
GB/34516一2017 分系统进行测量传感器的导线连接、导通和试验参数设置工作
力限试验中还应对力测量装 置的参数进行设置、检查和确认
d 航天器状态确认
进行航天器试验前外观检查,需要时进行功能和电性能测试
预振级试验
控制分系统按照试验技术文件规定的预振级条件进行试验加载,测量分系统进 行振动响应记录,并进行控制参数的优化和测量数据的确认
全量级前特征级试验
按照试验技术文件规定的特征级条件进行试验设置并加载,记录结构 响应,同时监视航天器的性能
试验完成后应对所有数据进行分析,确定全量级振动试验的响 应控制条件、下凹控制条件和力限试验条件
全量级试验
按照试验技术文件规定的全量级条件或者修改后的试验条件进行试验设置并加 载,记录结构响应,同时监视航天器的性能
试验后应对航天器与夹具之间,夹具与振动台之 间等的连接螺钉进行检查,确认没有松 动 全量级后特征级试验和结果评估
按照特征级试验条件进行加载,记录结构响应,同时监视航 天器的性能
试验后进行全量级前后两次特征级数据的比对,进行结构响应的特征检验,判断 航天器经过全量级试验后结构特性是否发生变化 其他全量级试验
如果在试验中有多个量级的全量级试验,则重复进行)h)的步骤,两次 全量级试验之间可进行一次特征级试验
航天器检查
在全量级试验完成后,进行航天器的外观检查,需要时进行试验后的功能、电性 能测试
k)航天器吊离振动台
完成航天器检查后,航天器吊离振动台
I 试验结束
所有要求方向的试验全部完成后,试验结束
5.2.2试验记录 试验中应对试验过程和数据等进行记录,这些原始数据和资料经过整理后将用在有关的试验文件 中且对其进行归档
需记录和存储的内容包括 各种原始数据记录; a b 试验过程记录; 必要的照片及录像资料 c 操作及检验结果记录; d 试验故障及处理情况记录
5.2.3异常情况处理 在试验过程中出现如产品异常、设备故障、控制和测量异常等情况时按第6章规定进行 5.3试验后处理 5.3.1测量传感器拆卸 试验完成后,在航天器的总装过程中完成传感器的拆卸
要求如下 拆卸传感器时应先确认传感器无松动,如有松动,应记下其测点号和通道数,并在试验报告中 aa 进行分析 b)拆卸时不应破坏航天器的结构表面,拆卸后应对表面的残余物进行清理; 拆卸时不应造成传感器和电缆的损伤
5.3.2试验数据处理 按如下规定处理振动试验响应数据，给出各方向试验响应结果
GB/T34516一2017 正弦振动试验应给出控制和响应测量的幅值一频率曲线 a b 随机振动试验应给出控制和响应测量的功率谱密度曲线,加速度总均方根值 c 提供试验大纲所要求的其他数据; d 当控制及响应有明显的异常信号时,应对试验异常现象出现阶段的试验数据进行分析,判断异 常现象产生的可能原因,为故障分析提供趋势或证据; 根据需要进行数据的存贮和传输
5.3.3试验报告编写 试验后对试验过程中产生的控制数据、测量数据以及其他相关数据进行综合分析,编写振动试验报 告
试验报告一般包括以下内容 任务来源 a 试验目的 b 产品技术状态; c 试验要求; d 试验室环境; 试验仪器、设备 试验夹具; 8 h 试验实施过程 试验数据及分析; 试验异常及处理; 试验结果及分析 k 试验结论 m必要时附加的图表、照片及声像记录 试验中断和处理 6.1试验中断 出现下列情况之一时,应中断试验 试验设备出现故障; a D)航天器及其地面测试设备出现故障 c 试验中出现欠试验或过试验
6.2中断处理 试验中断的处理一般按下述原则进行 试验设备引起的中断;在故障排除后,应判断中断对航天器有无影响,如果没有影响,在确认航 a 天器上的仪器、设备正常后,方可继续试验;如果有影响,则应在分析的基础上,做出是否继续 试验的决定
继续试验原则是正弦振动试验从中断频率开始,随机振动试验则应将剩余时间 完成
航天器上的仪器、设备故障造成的中断:在故障排除后,根据分析结果确定是否继续试验
b 欠试验引起的中断;在找出原因、采取措施后重新试验,处理原则是正弦振动试验从欠试验时 c 的频率开始,随机振动试验则应将出现欠试验时所剩余的时间完成
d 过试验引起的中断;应在对试验数据和航天器特性综合分析的基础上,做出是否继续试验的 决定
10
GB/34516一2017 试验结果评价 按如下要求进行试验结果的评价 试验控制满足试验文件中规定的试验条件; a b 主要测量点的响应数据获取率满足试验文件的规定; 确定试验是否达到预期试验目的
c
航天器振动试验方法GB/T34516-2017
航天器在发射和运行过程中会受到各种复杂的振动环境，为了保证其正常工作并减少故障风险，需要进行全面的振动试验。而GB/T34516-2017则是专门针对航天器振动试验制定的标准。
试验流程
根据GB/T34516-2017，航天器振动试验的基本流程包括：
- 试验前准备
- 振动试验参数确定
- 试验数据采集与处理
- 试验后数据分析评价
其中，试验前准备主要包括制定试验方案、选择试验设备、准备试验样品等工作。振动试验参数确定包括试验频率、加速度、振幅等参数的确定。试验数据采集与处理主要包括记录试验参数、获取样品振动响应等信息。试验后的数据分析评价则是根据试验结果，从理论和实际应用角度对航天器振动问题进行分析和评价。
试验设备
为了保证试验过程的准确性和可靠性，GB/T34516-2017对试验设备也作出了严格的规定。其中，振动测试设备是航天器振动试验中最重要的设备之一。其主要功能是模拟发射和运行过程中的振动环境，并通过加速器、传感器等设备来进行试验参数的测量和记录。
试验参数
航天器振动试验的试验参数是指试验过程中需要关注和记录的各项物理量。常见的试验参数包括试验频率、加速度、振幅等。其中，试验频率是试验过程中最重要的参数之一，其在试验过程中需要进行实时监测和调节。
综上所述，航天器振动试验方法GB/T34516-2017是一篇非常重要的标准。通过严格遵守该标准，可以确保航天器在复杂振动环境下的正常工作，并为后续的研究和开发工作提供有力的支持。
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