СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ НА ВЫСОКОИНТЕНСИВНЫЕ УДАРНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИБОРОВ И ОБОРУДОВАНИЯ Российский патент 2005 года по МПК G01M7/08 G01N3/313 

Данное изобретение относится к методам испытаний на ударные воздействия и может быть использовано при испытаниях на высокоинтенсивные ударные воздействия различных, в первую очередь протяженных систем, состоящих из различных, функционально связанных приборов, автономное испытание каждого из которых недостаточно (остаются, например неотработанными функциональные связи между приборами при ударных воздействиях).

Существует достаточно много способов испытаний на ударные воздействия. С помощью вибрационных электродинамических стендов, стендов с падающими столами и т.д. В настоящее время наибольшее применение находят методы испытаний по ударному спектру ускорений, когда не важно само воздействие, а важна реакция, которую это воздействие вызывает в конструкции (Испытательная техника М.: Машиностроение, 1982 г., кн.1 стр.334-335).

Наиболее близким является метод испытаний по ударному спектру ускорений путем задания эталонных ударных спектров эталонными импульсами, при которых реальное воздействие на объект заменяется воздействием стандартных ударных импульсов (Вибрации в технике: Справочник в 6 томах. М.: Машиностроение. Т.5: Измерения и испытания/Под ред. М.Д.Генкина, 1981 г., стр.478-479) - принятый в качестве прототипа.

Наиболее пригодными для проведения подобных испытаний в этом случае являются системы на базе вибростендов. Требования к стендам, обеспечивающим необходимое ударное воздействие, достаточно высоки, особенно при воспроизведении воздействий большой интенсивности, малой длительности и сложной формы.

При проведении испытаний по рассмотренному выше способу не всегда нагружение объекта испытаний будет проведено в том частотном диапазоне, в котором будет проводиться нагружение штатного аппарата при эксплуатации (один и тот же ударный спектр ускорений имеет множество различных ударных воздействий).

Испытываемая аппаратура может значительно перегружаться из-за грубой имитации воздействия. Кроме того, при испытаниях протяженных систем монтажные приспособления для проведения испытаний становятся тяжелее и сложнее самих объектов испытаний, и это оказывает существенное влияние на результаты ударных испытаний (ухудшается точность воспроизведения сигнала, так как система управления стендом вынуждена бороться с резонансами приспособления).

Целью изобретения является устранение указанных недостатков, что позволит более качественно проводить испытания на ударные воздействия высокой интенсивности.

Указанная цель достигается тем, что при испытаниях протяженных систем, состоящих из набора приборов и оборудования функционально связанных между собой, ударное воздействие создают сначала одним пиротехническим устройством, с заранее заданным ударным спектром ускорений, который перекрывает требуемый ударный спектр ускорений, при этом определяют расстояние от пиротехнического устройства до приборов и оборудования, на котором зарегистрированный ударный спектр ускорений от одного пиротехнического устройства не меньше требуемого, после чего определяют количество точек приложения ударных воздействий и места расположения пиротехнических устройств, а затем с помощью пиротехнических устройств создают ударное воздействие в определенных выше точках, а полученные ударные спектры ускорений во всех точках контроля сравнивают с требуемым ударным спектром ускорений и при необходимости корректируют количество и места установки пиротехнических устройств, причем процедуру измерений и установки дополнительных пиротехнических устройств продолжают до обеспечения требуемого ударного спектра ускорений во всех точках контроля.

Суть заявленного решения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана общая схема для проведения ударных испытаний, при этом в сечении А-А показан переходник для воспроизведения ударного воздействия в направлении, перпендикулярном плоскости панели. На фиг.2 показана схема проведения испытаний с одним установленным пироустройством. На фиг.3 показана схема установки контрольных датчиков, места расположения антенны и приборов на сотовой панели, а также зоны, в которых обеспечивается требуемое ударное воздействие.

На фиг.4, 5 показаны графики ударных спектров ускорений (требуемый - 1 и полученные - 2) в точках контроля.

Суть заявленного решения может быть пояснена следующим образом. Когда ударное воздействие создается тем же по физической природе устройством, что и при эксплуатации, повышается качество отработки оборудования. При ударном нагружении с помощью пиротехнических устройств это условие выполняется. Для создания ударного воздействия используется пиротехническое устройство, ударный спектр ускорений которого перекрывает требуемый, что позволяет создать ударное воздействие не только в небольшой зоне вокруг точки приложения ударного воздействия, но и на некотором расстоянии от нее. Затухание ударного воздействия происходит по-разному для различного типа конструкций и направлений воздействия (в плоскости монтажа оборудования или из плоскости). Поэтому сначала проводится подрыв одного пиротехнического устройства, и устанавливается расстояние, где выполняется требование

SRS_n<SRS(D_i), (*)

где

SRS_n - требуемый ударный спектр ускорений;

SRS(D_i) - ударный спектр ускорений в i точке контроля на расстоянии D_i от пиротехнического устройства.

После установления величины D_k можно приблизительно оценить площадь вокруг пиротехнического устройства, где выполняется условие (*). Очевидно, что это окружность радиуса D_k в центре которой монтируется пиротехническое устройство. После этого можно определить примерное количество точек для установки пиротехнических устройств.

Количество точек приложения ударных воздействий устанавливается из условия:

где

S - площадь панели, на которой устанавливается оборудование;

N - количество точек приложения ударных воздействий;

D_k - расстояние от пиротехнического устройства, на котором зарегистрированный ударный спектр ускорений становится меньше требуемого,

Далее выбираются места установки пиротехнических устройств таким образом, чтобы перекрывались все точки контроля. Так как рассмотренный анализ носит качественный характер, то необходимо провести срабатывание всех пиротехнических устройств и убедиться, что требование (*) выполняется. При невыполнении по какой-то причине требований (*) можно установить дополнительное устройство либо убрать (переустановить) уже установленные пиротехнические устройства. Этот процесс продолжается до выполнения требований во всех точках контроля.

Приспособлением для проведения испытаний является часть сотовой панели, на которой размещаются типовые блоки приборов (в настоящее время практически все новые КА выполняются в негерметичном исполнении, несущей конструкцией которых являются различные сотовые панели). Как правило, на сотовой панели имеется большое количество закладных элементов для установки различной аппаратуры. Использование части штатной сотовой плиты позволяет, во-первых, получить испытания на панели соответствующей штатным условиям эксплуатации оборудования и приборов, а во-вторых, наличие большого количества свободных закладных позволяет устанавливать пиротехнические устройства в нужные точки. Необходимость выполнения контактной поверхности переходника большей, чем поверхность закладной, определяется необходимостью более равномерной передачи ударного воздействия.

На фиг.1, 2 показано устройство в сборе для обеспечения ударных испытаний, где: 1 - разрывной болт, 2 - амортизационный стержень, 3 - антенна с набором радиотехнических блоков, 4 - резиновые шнуры, на которых вывешивается сотовая плита, 5 - сотовая плита, 6 - места установки датчиков контроля (акселерометров). При подрыве разрывного болта ударное воздействие через амортизационный стержень и закладную передается на сотовую панель.

По сотовой панели распространяются продольные и поперечные волны, которые регистрируются акселерометрами, что позволяет определять уровень ударного нагружения сотовой панели и установленного на ней оборудования. Наличие амортизационного стержня позволяет за счет комбинирования слоев материалов перераспределять энергию ударного воздействия внутри частотного диапазона, а следовательно, применять менее мощные пироустройства и не перегружать излишне оборудование, находящееся в зоне установки этого устройства. Выполнение переходника в виде параллелепипеда позволяет проводить ударное нагружение в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Пример практического исполнения

На фиг.1, 2, 4 показана антенная система, применяемая на одном из КА Экспресс-АМ. Для использования в ряде других КА потребовалась деквалификация антенны и оборудования, входящего в ее состав, на ударные воздействия с уровнями воздействий до 1000 g по ударному спектру ускорений (см. таблицу).

Таблица.Частота, ГцАмплитуда ударного спектра ускорений, g100351000100080001000

Заказчик системы рекомендовал проводить ударные испытания импульсом в виде полуволны синусоиды длительностью 0.2 мс и уровнем амплитуды 700 g.

Для обеспечения необходимого ударного спектра вместо нагружения полуволной синуса была применена следующая процедура.

Сотовая панель 5 размером 940×560 мм с установленной на ней антенной системой, состоящей из антенны 3 и блоков аппаратуры (фиг.1, 3), вывешивалась на резиновых шнурах 4. К панели через переходник 7 и закладные 8 подстыковывался амортизационный стержень 2 с разрывным болтом 8Х54. Стержень состоял из слоев следующих материалов: текстолит-алюминий-сталь-алюминий-текстолит. Между слоями устанавливались фторопластовые кольцевые прокладки. Переходник выполнен из стали. Вначале проводился подрыв одного разрывного болта, установленного в районе антенны 3 (фиг.2, 3). Ударные спектры ускорений в районе установки болта (точка 0) и в точке, максимально удаленной от него, где выполнялись требования спецификаций (точка 3), показаны на фиг.4.

На фиг.4, 5 цифрой 1 обозначены графики требуемого ударного спектра согласно таблице, а цифрой 2 - полученные ударные спектры в данной точке.

На фиг.3 (вид сверху) показана сотовая панель с установленными на ней антенной, приборами, акселерометрами и местами стыковки пироузлов.

Максимальное расстояние от источника ударного воздействия до датчика, на котором выполняется требование по уровню ударного воздействия, составляет К=340 мм. Площадь сотовой плиты S=940×560 мм, D=680 мм, тогда подставив эти значения в формулу (**), получим

Таким образом, два пироустройства могут обеспечить требуемое ударное воздействие на всей плите.

Установив второе устройство в точке 01, получим ожидаемое перекрытие всей плиты с помощью двух пироустройств. На фиг.5 показан ударный спектр ускорений в точке 4.

Т.е. требование по созданию квалификационного ударного спектра ускорений выполнено на всей сотовой панели (с учетом допустимой погрешности ±20%), и нет необходимости проводить дальнейшие уточнения схемы нагружения.

Из приведенного выше примера практического применения видно, что требуемые ударные испытания были проведены с использованием стандартного оборудования с минимальным изготовлением новых элементов. Схема испытаний проста и не вызывает проблем с воспроизведением.

Из известных авторам источников информации и патентных материалов не известна совокупность признаков, сходных с совокупностью признаков заявленных объектов.

Изобретение относится к методам испытаний на ударные воздействия приборов и оборудования. Способ включает ударное нагружение объекта испытания, создается с помощью пиротехнических устройств с заранее заданным ударным спектром ускорений, который перекрывает требуемый ударный спектр ускорений. Затем определяют расстояние от пиротехнического устройства до объекта испытаний, на котором зарегистрированный ударный спектр ускорений не меньше требуемого. После этого определяют количество точек приложения ударных воздействий. Создают ударное воздействие в определенных выше точках. Сравнивают полученные ударные спектры ускорений во всех точках контроля с требуемым ударным спектром ускорений и при необходимости корректируют количество и места установки пиротехнических устройств. Процедуру продолжают до обеспечения требуемого ударного спектра ускорений во всех точках контроля. Изобретение направлено на повышение точности воспроизведения сигнала и качества проведения испытаний. 5 ил.

Способ испытаний на высокоинтенсивные ударные воздействия приборов и оборудования по методу ударных спектров, заключающийся в ударном нагружении объекта испытаний простейшим импульсом, отличающийся тем, что при испытаниях протяженных систем, состоящих из набора приборов и оборудования, функционально связанных между собой, ударное воздействие создают сначала одним пиротехническим устройством с заранее заданным ударным спектром ускорений, который перекрывает требуемый ударный спектр ускорений, при этом определяют расстояние от пиротехнического устройства до испытываемых приборов и оборудования, на котором зарегистрированный ударный спектр ускорений от одного пиротехнического устройства не меньше требуемого, после чего определяют количество точек приложения ударных воздействий и места расположения пиротехнических устройств, а затем с помощью пиротехнических устройств создают ударное воздействие в определенных выше точках, а полученные ударные спектры ускорений во всех точках контроля сравнивают с требуемым ударным спектром ускорений и при необходимости корректируют количество и места установки пиротехнических устройств, причем процедуру измерений и уточнения мест установки дополнительных пиротехнических устройств продолжают до обеспечения требуемого ударного спектра ускорений во всех точках контроля.