СИСТЕМА И СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ МОЩНОГО ПИРОУДАРА Российский патент 2016 года по МПК G01M7/08 

Область техники

Настоящее изобретение, в целом, относится к испытаниям на удар, и в частности к системам и методам для моделирования мощного пиротехнического удара в испытываемом компоненте или изделии.

Космические аппараты, такие как спутники связи, могут подвергаться нескольким отдельным пироударам в процессе вывода на орбиту. Например, космический аппарат, выводимый на орбиту ракетой-носителем, может подвергаться ударам при отделении от ракеты-носителя стартовых ускорителей и при отделении ее ступеней. Космические аппараты могут также подвергаться удару при отделении космического аппарата от ракеты-носителя и при развертывании подсистем, таких как панели солнечных батарей, когда космический аппарат будет доставлен на орбиту.

Пиротехнические или взрывчатые вещества широко используются при космических запусках для облегчения указанного выше отделения космического аппарата от ракеты-носителя и развертывания его подсистем. Освобождение энергии взрывчатого вещества при отделении космического аппарата от ракеты-носителя и развертывании его подсистем могут привести к возникновению ударного импульса относительно малой продолжительности и высокой амплитуды. Например, ударный импульс может иметь продолжительность от 50 микросекунд до не более 20 миллисекунд. Кроме того, ударный импульс может иметь диапазон частот до 1000000 Гц и пиковую амплитуду (например, ускорение) до 300000 g. Такие ударные импульсы относительно высокой интенсивности могут передаваться чувствительным компонентам и приборам, которые могут быть смонтированы на космическом аппарате и ракете-носителе.

Для обеспечения способности указанных компонентов выдерживать ударные импульсы высокой интенсивности при запуске, отдельные компоненты обычно подвергаются квалификационным испытаниям в лабораторной или другой контролируемой среде. При проведении квалификационных испытаний компонент может быть подвергнут воздействию ударного импульса, моделирующего пироудар, который ожидается в среде эксплуатации (например, на ракете-носителе). Пироудар, подлежащий моделированию, обычно характеризуется заданным или необходимым ударным спектром. Необходимый ударный спектр может быть разработан путем измерения реакции (например, ускорений) конструкции смоделированной или фактической системы на пироудар с использованием реального пиросредства. Например, необходимый ударный спектр может быть разработан путем представления пироудара, передаваемого на спутник связи, установленный на фитинг крепления полезной нагрузки ракеты-носителя. Необходимый ударный спектр может охватывать совокупность всех пироударов, которые возникают в процессе выполнения последовательности полета. Например, необходимый ударный спектр может включать в себя удар, который возникает при отделении ракетных двигателей от ракеты-носителя, удар при отделении обтекателя от ракеты-носителя, удар при детонации пиротехнического болта для освобождения замковой ленты, прикрепляющей спутник к фитингу крепления полезной нагрузки, чтобы позволить спутнику отделиться от ракеты-носителя, а также другие проявления ударов.

Существующие системы и методы для моделирования пироудара при проведении квалификационных испытаний компонента включают в себя использование измеренных количеств взрывчатого вещества на лабораторном оборудовании. Пиросредство может быть прикреплено к конструкции, на которой может быть смонтирован компонент или массовая модель компонента. Пиросредство может быть подорвано в попытке получения ударного импульса, что приводит к реакции ускорения в конструкции, которая дублирует необходимый ударный спектр. К сожалению, ударные импульсы, создаваемые таким методом, могут быть неточными вследствие трудности количественного определения потенциальной энергии, содержащейся в измеренном количестве заряда пиросредства (т.е. взрывчатого вещества). Кроме того, ударными импульсами, создаваемыми реальным пиросредством, может быть трудно управлять, что приводит к продолжительным повторным испытаниям методом проб и ошибок с использованием других количеств взрывчатых веществ до тех пор, пока не будет достигнута реакция ускорения, находящегося в приемлемом диапазоне необходимого ударного спектра.

Более того, поскольку необходимый ударный спектр может охватывать несколько различных проявлений ударов с различным частотным содержанием, испытание с использованием реального пиросредства может привести к чрезмерным нагрузкам при испытании изделия, что, в свою очередь, может привести к повреждению дорогостоящего испытательного оборудования и необходимости в анализе отказов и ремонте, переделке или перепроектировании аппаратных средств с последующим повторением испытания. Уменьшение количества взрывчатого вещества в пиросредстве для предотвращения чрезмерной нагрузки при испытании может привести к недостаточной нагрузке на объект испытаний, где амплитуда ударов будет меньше уровней, установленных для квалификационного испытания. Другой недостаток, связанный с использованием взрывчатых веществ для квалификационных испытаний, заключается в том, что могут потребоваться тщательно разработанные меры для безопасного обращения с такими материалами и их хранения.

Существующие системы для моделирования пироудара могут также включать в себя использование механического удара для создания ударного импульса в конструкции, на которой может монтироваться испытываемый компонент. К сожалению, метод механического удара создает проблемы с точным воспроизведением необходимого ускорения в конструкции от одного механического удара до другого. Кроме того, метод механического удара может - привести к механическим затухающим колебаниям или остаточной реакции на удар в конструкции по окончании первичного ударного импульса. Такое механические колебания не могут проявиться при иных обстоятельствах в фактической структуре полета вследствие поглощения, демпфирования, ослабления или распределения удара, которые могут быть доступны в фактической структуре полета. В этом отношении, такие механические колебания, которые могут возникнуть в ударном методе, могут привести к неточному моделированию пироудара.

Как видно, существует потребность в разработке системы и метода для точного моделирования мощного пироудара с необходимым ударным спектром, который охватывал бы несколько различных ударных событий с различным частотным содержанием. Более того, существует необходимость в системе и методе для моделирования мощного пироудара, которые могут быть прецизионно-управляемы с отличной повторяемостью и невысокой ценой.

Краткое описание

Именно на смягчение остроты вышеизложенных потребностей, связанных с моделированием мощного пироудара, направлено настоящее изобретение, которое при реализации предоставляет систему для моделирования пироудара. Данная система может включать в себя усилитель мощности электрического сигнала, вибратор и резонансную балку. Усилитель мощности электрического сигнала может быть сконфигурирован для усиления переходного сигнала, представляющей необходимый ударный спектр. Вибратор может иметь конфигурацию, обеспечивающую генерирование ударного импульса в ответ на действие усиленного сигнала. Резонансная балка может монтироваться на вибраторе и иметь конфигурацию, обеспечивающую усиление ударного импульса.

В другом варианте осуществления изобретения раскрывается система для моделирования пироудара, представленного необходимым ударным спектром, имеющим по меньшей мере одну частоту сопряжения и интервал допусков. Система может включать в себя усилитель электрической мощности, имеющий конфигурацию, обеспечивающую усиление формы переходного сигнала, представляющей необходимый ударный спектр. Система может дополнительно включать электродинамический вибратор, имеющий якорь и координатную ось. Вибратор может иметь конфигурацию, обеспечивающую генерирование ударного импульса в ответ на действие усиленного сигнала. Ударный импульс может быть ориентирован по существу параллельно координатной оси. Система может дополнительно включать в себя резонансную балку, которая может быть смонтирована на якоре. Резонансная балка может иметь конфигурацию, обеспечивающую усиление ударного импульса таким образом, чтобы по меньшей мере одна точка на резонансной балке имела абсолютное пиковое ускорение, которое по существу эквивалентно ускорению на частоте сопряжения.

Кроме того, описан метод моделирования пироудара, имеющего необходимый ударный спектр. Данный метод может включать шаг генерирования ударного импульса с использованием вибратора, имеющего резонансную балку, смонтированную на нем. Данный метод может дополнительно включать в себя возбуждение резонансной балки в ответ на ударный импульс. Данный метод может также включать усиление ударного импульса по меньшей мере в одной точке на резонансной балке в ответ на возбуждение резонансной балки.

В следующем варианте осуществления описан метод моделирования пироудара. Пироудар может иметь необходимый ударный спектр, включающий частоту сопряжения и ускорение, соответствующее частоте сопряжения. Данный метод может включать в себя шаги генерации переходного сигнала, представляющей необходимый ударный спектр, и усиления сигнала. Усиленный сигнал может быть подан на электродинамический вибратор, имеющий резонансную балку, смонтированную на нем. Данный метод может включать в себя генерирование ударного импульса, приложенного к вибратору в ответ на подачу усиленного сигнала. Ударный импульс может быть ориентирован по существу параллельно координатной оси. Данный метод может, кроме этого, включать в себя возбуждение резонансной балки в ответ на генерирование ударного импульса и усиление ударного импульса в резонансной балке в ответ на возбуждение резонансной балки.

Данный метод может дополнительно включать в себя измерение пикового ускорения в некоторой точке на резонансной балке в ответ на действие ударного импульса и расчет смоделированного ударного спектра на основе измеренного пикового ускорения. Данный метод может также включать в себя регулировку по меньшей мере одного оцениваемого при испытании параметра до тех пор, пока абсолютное пиковое ускорение смоделированного ударного спектра не станет по существу эквивалентным ускорению, соответствующему частоте сопряжения. Оцениваемый при испытании параметр может включать в себя регулировку точки измерения ускорения на резонансной балке. Оцениваемый при испытании параметр может также включать в себя регулировку конфигурации резонансной балки.

Характеристики, функции и преимущества, обсужденные в настоящем описании, могут быть достигнуты независимо в различных вариантах осуществления настоящего изобретения, или могут быть объединены в других вариантах осуществления, более подробную информацию о которых можно получить из следующего описания и прилагаемых чертежей.

Краткое описание чертежей

Эти и другие особенности настоящего изобретения станут понятнее из чертежей, на которых одинаковые цифры относятся к одинаковым деталям по всему тексту и на которых:

фиг. 1 представляет упрощенную схему варианта осуществления системы моделирования пироудара в испытываемом образце, при этом система включает в себя вибратор и резонансную балку для усиления ударного импульса, генерируемого вибратором;

фиг. 2 представляет перспективное изображение варианта осуществления системы, в которой резонансная балка имеет конфигурацию осевой балки;

фиг. 3 представляет вид сверху системы, выполненный по линии 3-3 фиг. 2 и изображающий осевую балку, смонтированную на вибраторе;

фиг. 4 представляет вид сбоку системы, выполненный по линии 4-4 фиг. 3 и изображающий ударный импульс, сообщенный осевой балке;

фиг. 5 представляет вид сбоку системы, выполненный по линии 5-5 фиг. 3 и изображающий высоту осевой балки, превышающую ширину осевой балки;

фиг. 6 представляет собой перспективное изображение варианта осуществления системы, в которой резонансная балка имеет конфигурацию поперечной балки;

фиг. 7 представляет собой вид сверху системы, выполненный по линии 7-7 фиг. 6 и изображающий поперечную балку, смонтированную на вибраторе;

фиг. 8 представляет вид системы сбоку, выполненный по линии 8-8 фиг. 7 и изображающий ударный импульс, сообщенный поперечной балке;

фиг. 9 представляет собой иллюстрацию вида системы сбоку, выполненную по линии 9-9 фиг. 7 и изображающую ширину поперечной балки, превышающую высоту поперечной балки;

фиг. 10 представляет собой перспективное изображение варианта осуществления системы, в которой резонансная балка имеет конфигурацию L-образной балки, включающей в себя осевую балку и боковой элемент;

фиг. 11 представляет вид системы сверху, выполненный по линии 11-11 фиг. 10 и изображающий L-образную балку, смонтированную на вибраторе, и боковой элемент, показанный в виде трубы квадратного сечения;

фиг. 12 представляет вид системы сбоку, выполненный по линии 12-12 фиг. 11 и изображающий L-образную балку, поддерживаемую опорой балки с возможностью скольжения;

фиг. 13 представляет вид системы сбоку, выполненный по линии 13-13 фиг. 11 и изображающий L-образную балку, поддерживаемую опорой балки с возможностью скольжения, и ударный импульс, сообщенный осевой балке;

фиг. 14 представляет график функции ускорения осевой балки от времени в ответ на первый ударный импульс для компоновки, аналогичной той, которая показана на фиг. 2-5;

фиг. 15 представляет смоделированный ударный спектр, основанный на функции ускорения от времени по фиг. 14;

фиг. 16 представляет собой график функции ускорения от времени осевой балки, подвергнутой воздействию второго ударного импульса, аналогичного первому ударному импульсу, показанному на графиках фиг. 14-15;

фиг. 17 представляет смоделированный ударный спектр, связанный со вторым ударным импульсом и основанный на функции ускорения от времени фиг. 16 и иллюстрирующий близкое соответствие смоделированному ударному спектру, связанному с первым ударным импульсом, показанным на фиг. 15;

фиг. 18 представляет график функции ускорения от времени, полученного у нижней части осевой балки фиг. 2-5, имеющий измеряемое пиковое ускорение у нижней части, равное приблизительно 1250 g;

фиг. 19 представляет собой смоделированный ударный спектр, основанный на ускорении в функции времени фиг. 18 и иллюстрирующий абсолютное пиковое ускорение у нижней части, равное приблизительно 2951 g;

фиг. 20 представляет график функции ускорения от времени, измеряемого у свободного конца осевой балки фиг. 2-5, имеющий измеряемое пиковое ускорение у свободного конца, равное приблизительно 2784 g;

фиг. 21 представляет собой смоделированный ударный спектр, основанный на функции ускорения от времени фиг. 20, и иллюстрирующий абсолютное пиковое ускорение у свободного конца, равное приблизительно 6139 g;

фиг. 22 представляет график функции ускорения от времени L-образной балки по варианту осуществления изобретения, аналогичному тому, который показан на фиг. 10-13, и имеющей измеряемое пиковое ускорение, равное приблизительно 13332 g;

фиг. 23 представляет смоделированный ударный спектр, основанный на функции ускорения от времени фиг. 22 и иллюстрирующий абсолютное пиковое ускорение L-образной балки, равное около 30880 g;

фиг. 24 представляет график функции ускорения от времени L-образной балки по варианту осуществления изобретения, аналогичной той, которая показана на фиг. 10-13, и имеющей измеряемое пиковое ускорение, равное приблизительно 11,146 g;

фиг. 25 представляет смоделированный ударный спектр, основанный на функции ускорения от времени по фиг. 24 и иллюстрирующий абсолютное пиковое ускорение L-образной балки, равное приблизительно 50641 g; и

фиг. 26 представляет блок-схему, иллюстрирующую вариант осуществления методологии, включающей в себя одну или несколько операций, которые могут быть реализованы в системе для моделирования пироудара в испытываемом образце.

Подробное описание

Далее рассматриваются чертежи, которые предназначены для иллюстрации предпочтительных и других вариантов осуществления изобретения, в частности на фиг. 1, представлена иллюстрация реализации системы 10 для моделирования пироудара. Система 10 может включать в себя электродинамический вибратор 40 и испытательную установку 10, включающую в себя резонансную балку 102, смонтированную на вибраторе 40 для усиления ударного импульса 54, созданного вибратором 40. Ударный импульс может создаваться в ответ на усиленную форму волны переходного сигнала, передаваемую на вибратор 40 усилителем мощности электрического сигнала 28. Главным образом, благодаря преимуществу механической конструкции, обеспечиваемому резонансной балкой 102, испытываемый образец 150, установленный на резонансной балке 102, может подвергаться точно управляемым мощным ударам высокой интенсивности.

Как показано на фиг. 1, система 10 может включать в себя генератор импульсных сигналов 12, конфигурация которого может настраиваться для генерирования переходного сигнала необходимой амплитуды и продолжительности для достижения необходимого профиля импульса в ударном импульсе 54, генерируемом вибратором 40. Переходный сигнал может иметь продолжительность порядка от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд, как может быть необходимо для моделирования пироудара. В одном из вариантов осуществления данного изобретения переходный сигнал может иметь продолжительность менее 20 миллисекунд, хотя переходный сигнал может быть предусмотрен с любой продолжительностью. Переходный сигнал может иметь множество разных форм, включая, без ограничения, синусоидальную, пилообразную, квадратную, треугольную и другие формы или комбинации форм.

Устройство 14 формирования сигнала может быть включено в систему 10 для преобразования или придания формы сигналу переходного процесса, выдаваемому генератором сигналов 12. Устройство 14 формирования сигнала может включать в себя аналоговый фильтр 16, который может иметь конфигурацию 1/3-октавного фильтра, имеющего движки (например, переменные резисторы) для регулирования амплитуды сигнала с интервалами частот в 1/3 октавы или с другими интервалами частот. Устройство 14 формирования сигнала может также включать в себя цифровой фильтр 18, который может принимать переходный сигнал от аналогового фильтра 16. Цифровой фильтр 18 может быть сконфигурирован как 1/3-октавный цифровой фильтр 18, хотя цифровой фильтр 18 может допускать регулировку переходного сигнала с различными приращениями частоты, отличными от 1/3 октавы.

Цифровой фильтр 18 может включать в себя цифровые движки (не показаны), которые могут отображаться на дисплее центрального компьютера 20, возможно связанный с цифровым фильтром 18. Таким образом, цифровой фильтр 18 может облегчить преобразование выходного уровня переходного сигнала или придание формы спектру переходного сигнала на различных частотах. Например, цифровой фильтр 18 может допускать регулировку выходных уровней переходного сигнала с приращениями в 1/4 дБ на одной или более частотах, как средство управления кривой ударного импульса 54. Центральный компьютер 20 может предоставлять средство для сохранения установок данного спектра переходного сигнала для последующего возврата и использования. Устройство 14 формирования сигнала может функционировать, как усилитель сигнала, и может предоставлять средство для регулировки усиления переходного сигнала, такого, как с приращениями в 1/2 дБ или с другими подходящими приращениями.

В этом отношении устройство 14 формирования сигнала может предоставить средство для расширения динамического диапазона ударного импульса 54, генерируемого вибратором 40. Кроме того, возможность регулирования аналогового 16 и дискретного 18 фильтров предоставляет средство управления ударным спектром резонансной балки 102, и поэтому ударный спектр резонансной балки 102 может поддерживаться в пределах относительно узкого интервала допусков для сведения к минимуму или предотвращения перегрузки испытательного оборудования в процессе испытаний. Таким образом, устройство 14 формирования сигнала повышает точность, контроль и повторяемость испытания на удар.

Как следует из фиг. 1, система 10 может дополнительно включать в себя блок 22 управления, который может быть связан с усилителем 28 мощности и который может принимать переходный сигнал от дискретного фильтра 18. Блок 22 управления может быть сконфигурирован для, облегчения обрезания относительно высоких частот переходного сигнала. Кроме того, блок 22 управления может быть сконфигурирован для обеспечения сглаживания формы переходного сигнала с целью предотвращения отключения (т.е. деактивирования) усилителя мощности 28 или вибратора 40, как это может иметь место при резком или быстром нарастании амплитуды переходного сигнала.

Устройство 30 контроля напряжения, такое как осциллограф или аналогичное устройство может быть также дополнительно включено в систему 10. Контролирующее устройство 30 может быть присоединено к смесителю/отсекателю или основному элементу 24 управления усилением и может предоставлять средство для визуального контроля амплитуды напряжения в сигнале переходного процесса, передаваемом на усилитель 28 мощности. Контролирующее устройство 30 может предоставить возможность пользователю контролировать форму переходного сигнала и уровни напряжения, передаваемые на усилитель 28 мощности. Таким образом, пользователь может регулировать переходный сигнал соответствующим образом для предотвращения передачи излишней мощности на усилитель 28 мощности во избежание перегрузки при испытании.

В систему 10 также включен усилитель 28 электрической мощности, который может включать в себя генератор 26 постоянного тока для подачи постоянного тока на катушку электромагнита 48 вибратора 40. Постоянный ток может создавать статическое магнитное поле, окружающее подвижную катушку привода или якорь 50 вибратора 40. В одном из вариантов осуществления данного изобретения генератор 26 постоянного тока может быть сконфигурирован для генерации постоянного тока до около 300 ампер или более. Кроме того, усилитель 28 мощности может усиливать переходный сигнал и может подавать переменный ток на якорь 50, заставляя якорь 50 двигаться в осевом направлении вдоль координатной оси 56 вибратора 40 в соответствии с частотами и амплитудами переменного тока. В одном из вариантов осуществления данного изобретения усилитель 28 мощности может генерировать переменный ток до около 500 ампер или выше. Предпочтительно, чтобы усилитель 28 мощности можно было сконфигурировать для усиления переходного сигнала с минимальным искажением.

Как показано на фиг. 1, вибратор 40 может быть коммуникативно связан с усилителем мощности 28. Вибратор 40 может поддерживаться парой опор 42, смонтированных на жесткой неподвижной поверхности относительно большой массы, такой, как бетонный пол 44. Вибратор 40 может шарнирно монтироваться на опорах 42 с использованием пары опорных цапф 46, выступающих между вибратором 40 и опорой 42 на каждой стороне вибратора 40. Определенное преимущество обеспечивается тем, что шарнирный монтаж вибратора 40 облегчает регулировку вибратора 40 и испытательной установки 10 в различных ориентациях и положениях для достижения разной реакции резонансной балки, как описано ниже. Вибратор 40 включает в себя катушку электромагнита 48, которая может окружать якорь 50. Якорь 50 может двигаться в осевом направлении вдоль координатной оси 56 вибратора 40 в ответ на приложение усиленного сигнала, сгенерированного усилителем мощности 28.

Испытательная установка 10 может включать в себя резонансную балку 102, установленную на вибраторе 40. Резонансная балка 102 может иметь нижнюю часть 106, непосредственно прикрепленную к якорю 50, таким образом, чтобы резонансная балка 102 и якорь 50 двигались совместно. Определенное преимущество обеспечивается тем, что резонансная балка 102 выполнена с возможностью усиления ударного импульса 54 путем возбуждения резонансной балки 102 в одном или нескольких резонансных режимах, как более подробно описано ниже. Например, резонансная балка 102 может быть сконфигурирована для резонирования преимущественно в продольном режиме, в поперечном или изгибном режиме и/или в крутильном режиме, или в других режимах или в их комбинациях. Режим резонанса или возбуждения резонансной балки 102 может быть функцией конфигурации резонансной балки 102, геометрии, ориентации и позиционирования резонансной балки 102 на вибраторе 40, как описано ниже.

Испытываемое изделие 150 может монтироваться на резонансной балке 102 в некоторой точке, что обеспечивает необходимое усиление ударного импульса 54. В одном из предпочтительных вариантов осуществления данного изобретения усиление ударного импульса 54 является таким, чтобы по меньшей мере для одной точки резонансная балка 102 демонстрировала бы измеренное пиковое ускорение 206, которое превышало бы измеренное пиковое ускорение 206 у нижней части 106 резонансной балки 102. В следующем предпочтительном варианте осуществления данного изобретения резонансная балка 102 сконфигурирована так, чтобы по меньшей мере одна точка на резонансной балке 102 демонстрировала смоделированный ударный спектр 218 (фиг. 15), который по существу сходен с необходимым ударным спектром 208 (фиг. 15). В следующем предпочтительном варианте осуществления резонансная балка 102 имеет такую конфигурацию, чтобы по меньшей мере одна точка на резонансной балке 102 имела абсолютное пиковое ускорение, которое было бы по существу эквивалентным ускорению, соответствующему частоте сопряжения 216 (фиг. 15) необходимого ударного спектра 208. Частота 216 сопряжения ударного спектра соответствует преобладающей частоте условий эксплуатации (т.е. конструкции) в ответ на пироудар.

Необходимый ударный спектр 208 (фиг. 15) может представлять реакцию в виде ускорения на пироудар от реального пиросредства (не показано) в реальных условиях эксплуатации. Например, необходимый ударный спектр 208 может представлять реакцию реальной или смоделированной конструкции летательного аппарата (не показано) на пироудар от реального пиросредства, измеренную поблизости от реальной точки монтажа изделия (например, компонента или сборочной единицы). Необходимый ударный спектр 208 может быть основан на ускорении как функции времени 200 (фиг. 14) условий эксплуатации, подвергнутых воздействию пироудара от реального пиросредства. Более конкретно, необходимый ударный спектр 208 может быть рассчитан из зависимости измеренного пикового ускорения 206 (фиг. 14) от времени 200. Необходимый ударный спектр 208 обычно задается в интервале допусков 214 (фиг. 15). Как показано на фиг. 15, интервал допусков 214 включает в себя верхнюю и нижнюю границы 214а, 214b (например, +/- 3 дБ, +/- 6 дБ, +9/-6 дБ), которые могут определяться на основании требований к программе.

Необходимый ударный спектр 208 (фиг. 15) представляет меру жесткости ударного импульса или повреждающую способность ударного импульса для множества систем масса-пружина с одной степенью свободы (не показаны), каждая из которых имеет резонансную частоту, отличную от других. Необходимый ударный спектр 208 может быть выражен в показателях максимальной абсолютной реакции по ускорению, которая называется максимаксом и определяется как максимальное значение из максимального положительного и максимального отрицательного ускорений. Расчет необходимого ударного спектра 208 основан на выбранном относительном демпфировании, которое обычно равно 5 процентам, хотя необходимый ударный спектр 208 может быть определен с использованием разностного относительного демпфирования. Необходимый ударный спектр 208 может передаваться на установку для испытаний на удар в качестве технических требований к испытаниям, действующих по отношению к испытываемому образцу 150 (т.е. компоненту или сборочной единице) для одной или более целей, таких как доводочные испытания, квалификационные испытания, летные приемосдаточные испытания или для других целей.

Согласно фиг. 1, система 10 может включать в себя датчик ускорения 60, предпочтительно монтируемый на резонансной балке 102 в непосредственной близости от испытываемого изделия 150 для измерения, записи и/или хранения удара или реакции по ускорению резонансной балки 102 в некоторой точке. Датчик ускорения 60 может включать в себя акселерометр 62, хотя датчик ускорения 60 может быть сконфигурирован в альтернативном варианте осуществления, включая, без ограничения, тензометры, указатели скорости, приборы смещения, лазерные измерители скорости или другие приборы для измерения ускорения. Акселерометр 62 может представлять собой пьезоэлектрический акселерометр или пьезорезистивный акселерометр. Акселерометр 62 может иметь конфигурацию акселерометра с одной измерительной осью. Предпочтительнее, чтобы акселерометр 62 имел конфигурацию акселерометра с тремя измерительными осями для измерения ускорения по каждой из трех взаимно перпендикулярных осей. В этом отношении, акселерометры с одной или тремя измерительными осями 62 могут монтироваться на резонансной балке 102 в процессе определения точек на резонансной балке, имеющих необходимое усиление ударного импульса. Акселерометры 62 могут также монтироваться на резонансной балке 102 в процессе испытаний на удар испытываемого образца 150 после определения точек на резонансной балке, имеющих необходимый уровень усиления.

Испытываемый образец 150 может подвергаться испытаниям на удар для различных целей. Для квалификационных испытаний испытываемое изделие 150 обычно подвергается воздействию трех ударов в каждом направлении (т.е. +/-) для каждой оси (т.е. х, y, z) испытываемого образца 150 с общим количеством ударов равным 18. При воздействии ударного импульса 54, испытываемый образец 150 предпочтительно ориентировать таким образом, чтобы активная ось (т.е. х-ось, y-ось, или z-ось) испытываемого образца 150 была по существу параллельна направлению ударного импульса 54, который, как показано на фиг. 1 по существу параллелен координатной оси 56 вибратора 40. Для летных приемосдаточных испытаний количество ударов, которым подвергается испытываемое изделие 150, может быть уменьшено до одного удара в каждом направлении (т.е. +/-) для каждой оси (т.е. х, y, z) с общим количеством ударов, равным 6, хотя испытываемый образец 150 может подвергаться любому количеству ударов.

Согласно фиг. 1, система 10 может включать в себя систему 58 сбора данных для получения и обработки данных по ускорению, измеренных датчиками 60 ускорения, установленными на резонансной балке 102. В одном из вариантов осуществления данного изобретения система 58 сбора данных может включать в себя блок 64 формирования сигналов. Блок 64 формирования сигналов может обеспечивать питание датчика 60 ускорения и усиливать выходной сигнал датчика 60 ускорения. Система 58 сбора данных может дополнительно включать в себя анализатор спектра или анализатор 66 спектра ударных нагрузок, который может иметь дисплей 68 для визуального отображения результатов ударного импульса, сообщенного резонансной балке 102. Анализатор 66 спектра ударных нагрузок может отображать смоделированный ударный спектр 218 резонансной балки 102 в данной точке. На дисплее смоделированный ударный спектр может накладываться на необходимый ударный спектр с интервалами допусков для обеспечения визуальной индикации точности ударного импульса при моделировании пироудара.

На фиг. 2-5 показана реализация системы 10, в которой резонансная балка 102 сконфигурирована в виде продольной балки 110. Продольная балка 110 имеет нижнюю часть 106 и свободный конец 136, и длинную ось 104, выступающую между нижней частью 106 и свободным концом 136. Нижняя часть 106 смонтирована на якоре 50 таким способом, как механическое крепление нижней части 106 к якорю 50, хотя нижняя часть 106 может быть приварена к якорю 50 или прикреплена к нему иным образом. Например, продольная балка 110 и якорь 50 могут иметь форму единой структуры. В одном из вариантов осуществления данного изобретения нижняя часть 106 может включать в себя переходную плиту 108 для облегчения монтажа продольной балки 110 на якорь 50. Нижняя часть 106 может иметь форму диска, и его форма может дополнять круглую форму якоря 50. Однако может быть предусмотрена переходная плита 108 с одним из многочисленных альтернативных размеров и форм. Независимо от конкретной конфигурации нижней части 106, продольную балку 110 предпочтительно монтировать на якоре 50, таким образом, чтобы продольная балка 110 и якорь 50 оставались в постоянном контакте друг с другом в течение продолжительности ударного импульса 54 и перемещаться как единый блок в ответ на ударный импульс 54.

Длинная ось 104 продольной балки 110 может быть ориентирована по существу параллельно координатной оси 56. Координатная ось 56 представляет собой ось, вдоль которой перемещается якорь 50 и которая является доминирующим направлением, вдоль которого ударный импульс 54 сообщается продольной балке 110. В одном из вариантов осуществления данного изобретения ориентация и конфигурация продольной балки 110 могут быть такими, что ударный импульс 54 возбуждает продольную балку 110 в преимущественно продольном режиме возбуждения, хотя продольная балка 110 может быть возбуждена в других режимах, включая изгибный режим или в комбинации режимов. Будучи возбужденной, продольная балка 110 может иметь пучности (не показаны) в тех точках продольной балки 110, где может происходить усиление ударного импульса 54. Такие точки пучностей повышать или увеличивать энергию ударного импульса. Наоборот, продольная балка 110 может иметь узлы (не показаны) в точках уменьшенного усиления или отсутствия усиления. Такие места расположения узлов могут поглощать энергию ударного импульса.

Испытываемый образец 150 может устанавливаться в любой точке продольной балки 110 и предпочтительно в некоторой точке, которая обеспечивает необходимый уровень усиления ударного импульса 54. Например, на фиг. 2 проиллюстрирован испытываемый образец 150, установленный на зажимное приспособление 154 на свободном конце 112 продольной балки 110, которое может усиливать ударный импульс 54 на коэффициент равный двум или более как более подробно описано ниже. Продольная балка 110 может включать в себя по меньшей мере один акселерометр 62, смонтированный на продольной балке 110 в некоторой точке, близкой к испытываемому образцу 150. Другой акселерометр 62 может быть смонтирован на продольной балке 110 поблизости от нижней части 106 для измерения реакции по ускорению у нижней части 106 для сравнения с реакцией по ускорению продольной балки 110 у испытываемого образца 150.

Фиг. 3 представляет собой вид сверху продольной балки 110, смонтированной на якорь 50 вибратора 40. Хотя продольная балка 110 показана, как в целом, установленная по центру на вибраторе 40, продольная балка 110 может быть смещена от центра вибратора 40. Продольная балка 110 имеет толщину t_A, которая в предпочтительном исполнении не превышает приблизительно половину ширины w_A (фиг. 4) продольной балки 110, хотя продольная балка 110 может иметь толщину t_A, которая не превышает ширину w_A продольной балки 110. Продольная балка 110 может иметь поперечное сечение с прямыми углами, такое, как показанное прямоугольное поперечное сечение. Однако продольная балка 110 может иметь квадратное поперечное сечение (не показано). Более того, продольная балка 110 может иметь поперечное сечение, отличное от прямоугольного, имеющее любую форму или конфигурацию. Например, продольная балка 110 может иметь поперечное сечение, которое может быть по меньшей мере частично искривлено, например круглое поперечное сечение (не показано), приводящее к цилиндрической форме продольной балки 110. В этом отношении, продольная балка 110 может быть предоставлена в любой из множества форм поперечного сечения, которые могут обеспечивать различные уровни усиления в различных точках.

Фиг. 4 представляет собой вид сбоку продольной балки 110, смонтированной на якоре 50 вибратора 40. Продольная балка 110 может иметь высоту h_A, измеренную параллельно длинной оси 104, и ширину w_A, измеренную перпендикулярно длинной оси 104. В одном из вариантов осуществления данного изобретения высота h_A продольной балки 110 превышает ширину w_A продольной балки 110. Например, высота h_A продольной балки 110 может превышать ширину w_A по меньшей мере вдвое. Еще в одном варианте осуществления высота h_A может превышать ширину w_A приблизительно в 2-5 раз, хотя высота h_A может превышать ширину w_A более чем в 5 раз.

Фиг. 5 представляет собой еще один вид сбоку продольной балки 110, смонтированной на якоре 50 вибратора 40, иллюстрирующий испытываемый образец 150, смонтированный в зажимном приспособлении 154, которое, в свою очередь, смонтировано на свободном конце продольной балки 110. Длинная ось 104 резонансной балки 102 показана совмещенной с координатной осью 56 вибратора 40, таким образом, чтобы координатная ось 56 проходила через продольную балку 110. При такой компоновке ударный импульс 54 может быть сообщен продольной балке 110 без эксцентрического нагружения продольной балки 110. Однако продольная балка 110 может быть смещена (не показано) от координатной оси 56, что может изменить возбуждение продольной балки 110 и привести к различным уровням усиления в продольной балке 110.

На фиг. 6-9 показан вариант осуществления системы 10, в котором резонансная балка 102 сконфигурирована в виде поперечной балки 120, имеющей длинную ось 104, ориентированную по существу перпендикулярно координатной оси 56. Поперечная балка 120 может иметь нижнюю часть 106, которая может содержать участок, посредством которого поперечная балка 120 контактирует с якорем 50 или смонтирована на нем. В одном из вариантов осуществления данного изобретения нижняя часть 106 поперечной балки 120 может включать в себя переходную плиту 108, аналогичную переходной плите 108, которая может быть включена с продольной балкой 110, обсужденной выше.

Поперечная балка 120 имеет противоположные концы балки 122. Длинная ось 104 проходит между концами балки 122. Испытываемый образец 150 показан смонтированным на одном из концов балки 122. Однако испытываемый образец 150 может быть смонтирован в любой точке между концами балки 122 и на любой поверхности поперечной балки 120. По меньшей мере один акселерометр 62 может быть смонтирован на поперечной балке 120 для измерения реакции по ускорению поперечной балки 120 в данной точке. Например, акселерометр 62 может быть смонтирован на поперечной балке 120 в некоторой точке, близкой к испытываемому образцу 150. Другой акселерометр 62 может быть смонтирован на поперечной балке 120 в определенной точке нижней части 106 для измерения реакции по ускорению в нижней части 106 для сравнения с реакцией по ускорению в другой точке на поперечной балке 120.

Фиг. 7 представляет собой вид сверху системы, иллюстрирующий поперечную балку 120, обычно устанавливаемую по центру на вибраторе 40. Поперечная балка 120 может иметь толщину t_T, которая может быть меньше высоты h_T поперечной балки 120. В одном из вариантов осуществления данного изобретения толщина 1 т может не превышать около половины высоты h_T (фиг. 8) поперечной балки 120, хотя поперечная балка 120 может быть изготовлена любой толщины t_T.

Фиг. 8 представляет собой вид сбоку поперечной балки 120, смонтированной на вибраторе 40. Поперечная балка 120 может иметь высоту h_T, измеренную перпендикулярно длинной оси 104, и ширину w_T, измеренную параллельно длинной оси 104. В одном из вариантов осуществления данного изобретения ширина w_T может превышать высоту h_T. Например, ширина w_T поперечной балки 120 может превышать высоту h_T поперечной балки 120 по меньшей мере вдвое. Еще в одном варианте осуществления ширина w_T поперечной балки 120 может превышать высоту h_T поперечной балки 120 в 2-10 раз, хотя могут рассматриваться и большие длины w_T.

Ширина w_T поперечной балки 120 может быть такой, чтобы по меньшей мере один из концов 122 балок выдавался за периметр 52 якоря 50. Разность между концом балки 122 и периметром 52 якоря 50 может задавать свес 124 поперечной балки 120, при этом конец балки 122 выдается наружу от якоря 50. В такой компоновке поперечная балка 120 может возбуждаться в режиме изгибного резонанса по меньшей мере на участке свеса 124. В этом отношении конец балки 122 может включать в себя пучность (не показана) возбуждения и демонстрировать повышенное усиление ударного импульса 54 у конца балки 122 по отношению к усилению в других точках поперечной балки 120.

Фиг.9 представляет собой еще один вид сбоку поперечной балки 120, иллюстрирующий в целом прямоугольную форму поперечного сечения поперечной балки 120. Однако поперечная балка 120 может быть предоставлена с альтернативной формой поперечного сечения, включая квадратную или другие формы поперечного сечения. Кроме того, на фиг. 9 показана поперечная балка 120, смонтированная таким образом, чтобы координатная ось 56 проходила через поперечную балку 120. Однако поперечная балка 120 может быть смещена от координатной оси 56, что может изменять уровень возбуждения и усиления в одной или нескольких точках поперечной балки 120. Испытываемый образец 150 и акселерометр 62 показаны смонтированными на боковой поверхности поперечной балки 120. Однако испытываемый образец 150 и акселерометр 62 могут монтироваться на других поверхностях поперечной балки 120, таким образом, чтобы такой испытываемый образец 150 мог быть подвергнут испытанию на удар вдоль других осей. Например, после испытания на удар испытываемого образца 150, смонтированного на боковой поверхности у конца балки 122, испытываемый образец 150 может быть смонтирован на верхней поверхности поперечной балки 120 у конца балки 122, и другой ударный импульс 54 может прилагаться к поперечной балке 120.

На фиг. 10-13 показана реализация системы 10, при этом резонансная балка 102 сконфигурирована в виде L-образной балки 130, имеющей продольную балку 110 и боковой элемент 132, смонтированный на продольной балке 110. Продольная балка 110 может быть выполнена в конфигурации, сходной с конфигурацией продольной балки 110, показанной на фиг. 2-5. Продольная балка 110 может монтироваться таким образом, чтобы длинная ось 104 была ориентирована по существу параллельно координатной оси 56 вибратора 40. В показанном варианте осуществления вибратор 40 может поворачиваться таким образом, чтобы координатная ось 56 была ориентирована приблизительно горизонтально вместо вертикальной ориентации координатной оси 56, как показано на фиг. 2-5. В горизонтальной ориентации по меньшей мере часть продольной балки 110 может поддерживаться на опоре балки 138, которая может включать в себя неподвижный объект, предпочтительно имеющий большую массу и жесткость. Например, опора балки 138 может иметь конфигурацию гранитного стола. Слой 140 маловязкой жидкости может быть дополнительно включен между продольной балкой 110 и опорой балки 138 для облегчения скользящего движения продольной балки 110 при приложении ударного импульса 54. Например, маловязкая жидкость может включать в себя гидравлическую жидкость, хотя может использоваться любая маловязкая жидкость.

Боковой элемент 132 выступает наружу из продольной балки 110 и может иметь фиксированный конец 134 и свободный конец 136. Фиксированный конец 134 может быть смонтирован на продольной балке 110. Испытываемый образец 150 может быть смонтирован на свободном конце 136 или в любой другой точке между свободным концом 136 и фиксированным концом 134. Боковой элемент 132 может выступать наружу от продольной балки 110 и может быть ориентирован по существу перпендикулярно продольной балке 110. Однако боковой элемент 132 может быть ориентирован не перпендикулярно продольной балке 110. Испытываемый образец 150 может быть смонтирован на боковом элементе 132 на любой из его боковых поверхностей. Аналогичным образом, акселерометр 62 может быть смонтирован на боковом элементе 132 поблизости от испытываемого образца 150 для измерения ускорения при приложении ударного импульса 54 для сравнения с ускорением, измеренным у нижней части 106 для определения уровня усиления.

Фиг. 11 представляет собой вид сверху L-образной балки 130, смонтированной на вибраторе 40. Боковой элемент 132 может быть смонтирован прилегающим к свободному концу 136 продольной балки 110 или в других точках на продольной балке 110. Кроме того, хотя боковой элемент 132 показан, как устанавливаемый обычно по центру координатной оси 56, боковой элемент 132 может быть смещен от координатной оси 56, что может изменить усиление бокового элемента 132. Испытываемый образец 150 показан смонтированным с одной из сторон бокового элемента 132 квадратной трубы. Однако, как показано выше, испытываемый образец 150 может быть смонтирован на другой стороне для обеспечения другого усиления и реакции в испытываемом образце 150.

Боковой элемент 132 показан с конфигурацией квадратной трубы. Определенное преимущество обеспечивается тем, что форма квадратной трубы может облегчить монтаж испытываемого образца 150 в различных взаимно перпендикулярных ориентациях, как это может потребоваться для испытания испытываемого образца по каждой из трех взаимно перпендикулярных осей. В одном из вариантов осуществления данного изобретения квадратная труба может иметь толщину стенок t_wall и ширину w_T, равные около 4×4 дюйма, хотя боковой элемент 132 может быть предоставлен любой толщиной стенок t_wall и шириной w_T. Кроме того, боковой элемент 132 может быть предоставлен с альтернативными формами поперечного сечения, размерами и конфигурациями для достижения необходимого уровня усиления. Например, боковой элемент 132 может иметь конфигурацию в целом полой прямоугольной трубы, как полой цилиндрической трубы, или же иметь любые другие конфигурации с полым или сплошным поперечным сечением. Размеры и конфигурация бокового элемента 132 могут быть такими, чтобы по меньшей мере одна точка на боковом элементе 132 имела измеренное пиковое ускорение 206, превышающее измеренное пиковое ускорение 206 у нижней части 106. Акселерометр 62 может быть смонтирован у нижней части и на боковом элементе 132 в некоторой точке, близкой к испытываемому образцу 150, для измерения ускорения во время ударного импульса 54.

Фиг. 12 представляет собой вид сбоку вибратора 40, ориентированного таким образом, чтобы координатная ось 56 была по существу горизонтальной. Масса L-образной балки 130 поддерживается опорой балки 138 (например, гранитным столом), имеющей дополнительный слой 140 маловязкой жидкости на границе раздела между продольной балкой 110 и опорой балки 138. Боковой элемент 132 имеет высоту h_L, которая может быть выбрана таким образом, чтобы обеспечивалась необходимая величина смещения у свободного конца 136 бокового элемента 132 во время ударного импульса 54. Ударный импульс 54, сообщенный L-образной балке 130, может привести к перемещению продольной балки 110 по отношению к опоре балки 138. L-образная балка 130 может быть возбуждена в одном или нескольких резонансных режимах, включая продольный режим возбуждения в продольной балке 110 и изгибный режим возбуждения в боковом элементе 132 и приводя к повышенному усилению выхода ударной нагрузки у бокового элемента 132.

Фиг. 13 представляет собой вид спереди системы 10, иллюстрирующий боковой элемент 132, обычно устанавливаемый по центру по отношению к координатной оси 56 (фиг. 12) вибратора 40. Однако, как показано выше, боковой элемент 132 может быть смещен от координатной оси 56 вибратора 40. Смещение бокового элемента 132 может изменить усиление ударного импульса в боковом элементе 132.

В вариантах осуществления, проиллюстрированных на фиг. 1-13 и описанных выше, предпочтительно, чтобы резонансная балка 102 имела такую конфигурацию, чтобы по меньшей мере одна точка на резонансной балке 102 имела измеренное пиковое ускорение 206, которое превышало бы измеренное пиковое ускорение 206 у нижней части 106. Например, резонансная балка 102, предпочтительно, имеет такую конфигурацию, чтобы по меньшей мере одна точка, близкая к свободному концу 136 резонансной балки 102, имела измеренное пиковое ускорение 206, которое по меньшей мере вдвое превышало бы измеренное пиковое ускорение 206 у нижней части 106. Измерения пикового ускорения на резонансной балке 102 могут обеспечиваться одним или более датчиками ускорения 60 или акселерометрами 62. Например по меньшей мере один акселерометр 62 может быть смонтирован у нижней части 106 резонансной балки 102. Другой акселерометр 62 может быть смонтирован поблизости от испытываемого изделия 150. Ускорение у свободного конца 136 может сравниваться с измеренным ускорением у нижней части 106 для определения уровня усиления, обеспечиваемого резонансной балкой 102.

Идентификация точек повышенного ускорения может выполняться с использованием массовой модели 152 испытываемого изделия 150. Массовая модель 152 может монтироваться в различных точках, где должна измеряться реакция по ускорению. Массовая модель 152 может моделировать полную массу испытываемого изделия 150 и распределение его массы. Массовая модель 152 может предоставлять средство для более точной идентификации уровней ускорения в разных точках на резонансной балке 102 без угрозы повреждения чувствительных и/или дорогих объектов испытания 150. Такая опасность повреждения может иметь место при перегрузке в процессе испытаний, когда к резонансной балке 102 может прилагаться ударный импульс 54, имеющий слишком большую амплитуду. После идентификации одной или более точек на резонансной балке 102, имеющей необходимый уровень усиления, массовая модель 152 может быть снята с резонансной балки 102 и заменена фактическим испытываемым компонентом (т.е. испытываемым изделием). Испытываемое изделие 150 может подвергаться воздействию одного или нескольких ударных импульсов 54 и оцениваться на наличие признаков повреждения или нарушения функционирования.

Для любого из вариантов осуществления, проиллюстрированных на фиг. 1-13, резонансная балка 102 (фиг. 1) может иметь такую конфигурацию, при которой по меньшей мере одна точка демонстрирует смоделированный ударный спектр 218 (фиг. 15), который по существу эквивалентен необходимому спектру реакции на удар 208 (фиг. 15). Как указано выше, смоделированный ударный спектр 218 может быть рассчитан на основе измеренного ускорения в данной точке на резонансной балке 102. В одном из вариантов осуществления данного изобретения резонансная балка 102 может иметь такую конфигурацию, при которой смоделированный ударный спектр 218 находился бы в пределах заданного интервала допусков 214 (фиг. 15) необходимого ударного спектра 208. Например, резонансная балка 102 может иметь такую конфигурацию, при которой абсолютное пиковое ускорение 224 (фиг. 15) смоделированного ударного спектра 218 находилось бы в пределах интервала допусков 214 приблизительно +/- 6 дБ от ускорения при частоте сопряжения 216 (фиг. 15) необходимого ударного спектра 208. Частота сопряжения 216 может быть определена как точка на графике ударного спектра, где наклон кривой ударного спектра меняется на постоянную или слегка убывающую величину ускорения. В выражении конструкции или условий эксплуатации, которые представляет ударный спектр, частота сопряжения 216 может быть определена, как преобладающая частота среды пироудара в измеренной точке. Необходимый ударный спектр 208 может быть обеспечен в интервале допусков 214, который изменяется с частотой необходимого ударного спектра 208. Например, необходимый ударный спектр 208 может быть обеспечен в интервале допусков 214±3 дБ для частот, которые меньше приблизительно 3 кГц и +9/-6 дБ для частот, превышающих 3 кГц. Предусматриваются также другие изменения интервала допусков.

В одном из вариантов осуществления данного изобретения резонансная балка 102 (фиг. 1) может иметь такую конфигурацию, при которой по меньшей мере одна точка на резонансной балке 102 демонстрирует смоделированный ударный спектр 218 (фиг. 15), имеющий абсолютное пиковое ускорение 224 (фиг. 15), превышающее приблизительно 5000 g. В другом варианте осуществления смоделированный ударный спектр 218 может иметь абсолютное пиковое ускорение 224, превышающее приблизительно 20000 g или более. Более того, резонансная балка 102 может иметь такую конфигурацию, при которой смоделированный ударный спектр 218 включает в себя данные по ускорению приблизительно до 100 кГц или выше. Преимущество варианта в том, что сочетание вибратора 40 (фиг. 1) и резонансной балки 102 (фиг. 1) может обеспечить реакцию по ускорению, которая точно моделировала бы удар при переходном процессе, возникающий при срабатывании пиросредства и имеющий высокую частоту и большую амплитуду.

В этом отношении сочетание резонансной балки 102 (фиг. 1) и вибратора 40 (фиг. 1) может иметь конфигурацию, обеспечивающую моделирование по меньшей мере одной из трех категорий окружающей среды пироудара, включая окружающую среду дальней зоны, окружающую среду средней зоны, и окружающую среду ближней зоны. Для моделирования окружающей среды дальней зоны предпочтительно, чтобы резонансная балка 102 могла иметь размеры и конфигурацию, обеспечивающие усиление ударного импульса 54 (фиг. 1) таким образом, чтобы по меньшей мере для одной точки на резонансной балке 102 резонансная балка 102 демонстрировала смоделированный ударный спектр 218 (фиг. 15), имеющий абсолютное пиковое ускорение 224 (фиг. 15) приблизительно до 1 ООО д. Что касается смоделированного ударного спектра 218 окружающей среды дальней зоны, то спектр может включать в себя данные по ускорению до 10 кГц. В одном из вариантов осуществления данного изобретения с резонансной балкой 102, которая может быть приспособлена для моделирования дальней зоны окружающей среды, продольная балка 110 (фиг. 2-5) может быть применима для получения реакции меньшей интенсивности (т.е. амплитуды) по отношению к реакции, создаваемой в вариантах осуществления с поперечной балкой 120 (фиг. 6-9) или L-образной балкой 130 (фиг. 10-13). Преимущественно, вследствие характерной более высокой жесткости варианта осуществления изобретения с продольной балкой 110 по отношению к жесткости вариантов осуществления с поперечной балкой 120 или L-образной балкой 130, смоделированный ударный спектр 218 варианта осуществления с продольной балкой 110 может обеспечить более управляемую реакцию на ударный импульс 54. В этом отношении смоделированный ударный спектр 218 продольной балки 110 может иметь более гладкую кривую, которая может точнее следовать прямолинейной аппроксимации необходимого ударного спектра 208 с минимальными пиками и впадинами в смоделированном спектре реакции на удар 218.

Для моделирования средней зоны окружающей среды резонансная балка 102 (фиг. 1) может иметь размеры и конфигурацию, обеспечивающие усиление ударного импульса 54 (фиг. 1) таким образом, чтобы по меньшей мере для одной точки на резонансной балке 102 резонансная балка 102 демонстрировала смоделированный ударный спектр 218 (фиг. 15), имеющий абсолютное пиковое ускорение 224 (фиг. 15), равное приблизительно от 1000 g до 5000 g. Что касается смоделированного ударного спектра 218 средней зоны окружающей среды, данный спектр может также содержать данные по ускорению, превышающему приблизительно 10 кГц. В варианте осуществления изобретения для моделирования средней зоны окружающей среды пироудара может хорошо подойти реализация резонансной балки 102 в виде поперечной балки 120 (фиг. 6-9).

Для моделирования ближней зоны окружающей среды, резонансная балка 102 (фиг. 1) может иметь размеры и конфигурацию, обеспечивающие усиление ударного импульса 54 (фиг. 1) таким образом, чтобы по меньшей мере для одной точки на резонансной балке 102 резонансная балка 102 демонстрировала смоделированный ударный спектр 218 (фиг. 15), имеющий абсолютное пиковое ускорение 224 (фиг. 15), превышающее приблизительно 5 ООО д. Кроме того, смоделированный ударный спектр 218 ближней зоны окружающей среды может включать в себя спектральный диапазон, превышающий приблизительно 100 кГц. В варианте осуществления изобретения для моделирования средней зоны окружающей среды пироудара реализация резонансной балки 102 в виде L-образной балки 130 (фиг. 10-13) может благоприятным образом создать реакцию с большими изменениями (т.е. большим числом пиков и впадин), чем реакция, создаваемая продольной балкой 110 или поперечной балкой 120. Кроме того, спектральный диапазон смоделированного ударного спектра 218 L-образной балки 130 может включать в себя большее изменение (т.е. большее число пиков и впадин). Часть спектра может выйти за пределы данного интервала допусков 214.

В любом из вариантов осуществления изобретения, проиллюстрированных на фиг. 1-13, резонансная балка 102 (фиг. 1) может быть изготовлена из материала, который создает желаемое усиление. Материал резонансной балки 102 может быть выбран на основе механических свойств, таких, как жесткость, модуль упругости и/или коэффициент Пуассона, поскольку такие свойства могут оказывать влияние на возбуждение резонансной балки 102. В одном из вариантов осуществления данного изобретения резонансная балка 102 может быть изготовлена из магния, поскольку он обладает сравнимыми прочностными свойствами и низкой плотностью по отношению к другим металлам с высокими эксплуатационными характеристиками, таким, как алюминий. В этом отношении, резонансная балка 102, изготовленная из магния, может быть предоставлена с большими физическими размерами (например, толщиной), чем алюминиевая резонансная балка 102 той же самой массы, так что магниевая резонансная балка 102 может иметь большую жесткость. Преимущественно, более высокая жесткость магния может свести к минимуму ослабление высокочастотного удара по сравнению с алюминиевой резонансной балкой 102 тех же самых размеров. Резонансная балка 102 может изготавливаться из любого из многочисленных материалов, включая, без ограничения, магний, алюминий, сталь, титан, графитно-эпоксидный композит и любой другой металлический или неметаллический материал или сочетание таких материалов.

Фиг. 14 представляет собой график зависимости ускорения 202 (g) от времени 204 (миллисекунды), отражающей функцию 200 ускорения от времени, раскрываемую в описании варианта осуществления продольной балки 110 (фиг. 2-5), подвергаемой ударному импульсу 54 (фиг. 1). Продольная балка 110 имела конфигурацию, сходную с конфигурацией, показанной на фиг. 2-5. Функция 200 ускорения от времени по фиг. 14 показывает измеренное пиковое ускорение 206, равное около 4 722 g в результате ударного импульса 54 от вибратора 40.

Фиг. 15 представляет собой смоделированный ударный спектр 218, основанный на функции 200 ускорения от времени по фиг. 14. Смоделированный ударный спектр 218 накладывается на необходимый ударный спектр 208, который имеет относительное демпфирование 212, равное 5 процентам, и интервал допусков 214 с верхним и нижним пределами 214а, 214b. Смоделированный ударный спектр 218 имеет абсолютное пиковое ускорение 224, которое рассчитывается на основе измеренного пикового ускорения 206 по фиг. 14. На фиг. 15 абсолютное пиковое ускорение 224 равно около 8970 д. Как можно видеть, смоделированный ударный спектр 218 по существу моделирует необходимый ударный спектр 208. В этом отношении, смоделированный ударный спектр 218 жестко управляется, как это подтверждается смоделированным ударным спектром 218, поддерживаемым в пределах интервала допусков 214 необходимого ударного спектра 208. Более того, предпочтительно, чтобы абсолютное пиковое ускорение 224 по фиг. 15 находилось приблизительно при частоте сопряжения 216 необходимого ударного спектра 208. В этом отношении, смоделированный ударный спектр 218 показывает, что первый режим вибрации продольной балки 110 предпочтительно имеет частоту, которая по существу аналогична частоте сопряжения 216 необходимого ударного спектра 208.

Фиг.16 представляет собой график функции 200 ускорения от времени продольной балки 110 (фиг. 2-5), подвергнутой тому же самому ударному импульсу 54 (фиг. 1) с использованием того же самого вибратора 40 (фиг. 1) и в той же конфигурации продольной балки 110, представленной на графиках по фиг. 14. Как видно, функция 200 ускорения от времени по фиг. 16 по существу аналогична функции 200 ускорения от времени, показанной на фиг. 14. Например, функция 200 ускорения от времени на фиг. 16 имеет измеренное пиковое ускорение 206, равное приблизительно 4870 g, что близко соответствует измеренному пиковому ускорению 206, равному приблизительно 4722 g, фиг. 14. В этом отношении, фиг. 14 и 16 иллюстрируют управление и воспроизводимость ударного импульса 54 и реакцию по ускорению, обеспечиваемую компоновкой вибратор 40/резонансная балка 102, соответствующей настоящему изобретению.

Фиг.17 представляет собой смоделированный ударный спектр 218, основанный на функции 200 ускорения от времени по фиг. 16. Смоделированный ударный спектр 218 фиг. 16 накладывается на необходимый ударный спектр 208 и иллюстрирует относительно жесткое управление ударного импульса 54 (фиг. 1), как это подтверждает смоделированный ударный спектр 218, близко примыкающий к необходимому спектру реакции на удар 208. Например, абсолютное пиковое ускорение 224, равное приблизительно 9040 g по фиг. 17, близко соответствует абсолютному пиковому ускорению 224, равному приблизительно 8970 g на фиг. 15, и иллюстрирует точный контроль и воспроизводимость ударного импульса 54 с использованием сочетания вибратор 40/резонансная балка 102 (фиг. 1).

Фиг.18 представляет собой график функции 200 ускорения от времени продольной балки 110 (фиг. 2-5), измеренного у нижней части 106 (фиг. 2-5) указанной балки. Как показано на фиг. 2-5, нижняя часть 106 продольной балки 110 может включать в себя точку, в которой продольная балка 110 смонтирована на якоре 50 или связана с ним. Реакция по ускорению у нижней части 106 может быть измерена с использованием акселерометра 62, как показано на фиг. 2 и 4-5. На фиг. 18 нижняя часть 106 имеет измеренное пиковое ускорение 206, равное приблизительно 1250 g.

Фиг. 19 представляет собой смоделированный ударный спектр 218, основанный на функции 200 ускорения от времени нижней части 106, как показано на фиг. 18. Смоделированный ударный спектр 218 имеет абсолютное пиковое ускорение 224, равное приблизительно 2951 g у нижней части 106.

Фиг.20 представляет собой график функции 200 ускорения от времени продольной балки 110 (фиг. 2-5), измеренного у свободного конца 136 (фиг. 2-5) указанной балки. Свободный конец 136 продольной балки 110 расположен напротив нижней части 106 (фиг. 2-5). Реакция по ускорению у свободного конца 136 может быть измерена при помощи акселерометра 62 (фиг. 2). На фиг. 20, свободный конец 136 имеет измеренное пиковое ускорение 206 равное приблизительно 2784 g, которое представляет собой более чем двукратное усиление измеренного пикового ускорения 206, равного приблизительно 1250 g у нижней части 106 продольной балки 110.

Фиг.21 представляет собой смоделированный ударный спектр 218 основанный на функции 200 ускорения от времени, показанный на фиг. 19. Смоделированный ударный спектр 218 имеет абсолютное пиковое ускорение 224, равное приблизительно 6140 g по сравнению с абсолютным пиковым ускорением 224, равным приблизительно 2951 g у нижней части 106 продольной балки 110 (фиг. 2-5), и к тому же иллюстрирует усилительную способность продольной балки 110. Фиг.21 также иллюстрирует относительно жесткое управление ударного импульса 54 (фиг. 2-5), что явствует из смоделированного ударного спектра 218, поддерживаемого в целом в пределах интервала допусков 214 необходимого ударного спектра 208 за исключением относительно узкополосного превышения при частоте около 1000 Гц. Такие превышения в пределах относительно узкой полосы могут быть в целом приемлемы, когда определяется, что ускорения при таких частотах представляют незначительную угрозу для испытываемого изделия. Более того, точка монтажа испытываемого изделия 150 на продольной балке 110 может регулироваться для приведения смоделированного ударного спектра 218 в пределы интервала допусков 14. Кроме того, форма переходного сигнала может иметь электронную регулировку, например путем регулировки аналогового фильтра 16 (фиг. 1) и/или дискретного фильтра 18 (фиг. 1) для изменения амплитуды переходного сигнала при одной или более частотах для приведения существенно большей части спектра смоделированного ударного спектра 218 в пределы интервала допусков 14.

Фиг. 22 представляет собой график функции 200 ускорения от времени L-образной балки 130 (фиг. 10-13) в варианте осуществления изобретения с резонансной балкой 102 (фиг. 1), аналогичного тому, которое проиллюстрировано на фиг. 10-13. Функция 200 ускорения от времени может быть получена в некоторой точке на боковом элементе 132 (фиг. 10-13) L-образной балки 130, таким образом, как с использованием акселерометра 62 (фиг. 10-13). На фиг. 22 L-образная балка 130 имеет измеренное пиковое ускорение 206 равное приблизительно 13330 g, что соответствует уровню удара, достигаемому при использовании взрывчатых веществ.

Фиг.23 представляет собой смоделированный ударный спектр 218, основанный на функции 200 ускорения от времени L-образной балки 130 (фиг. 10-13), изображенной на фиг. 22. Смоделированный ударный спектр 218 имеет абсолютное пиковое ускорение 224 равное приблизительно 30880 g, что также совместимо с уровнем удара, создаваемого взрывчатыми веществами. В связи с этим на фиг. 23 представлена иллюстрация способности резонансной балки 102 (фиг. 1) моделировать пироудар высокой интенсивности. Следует также отметить, что фиг. 23 представляет усилительную способность испытательной установки с L-образной балкой 130 (фиг. 10-13) перед регулировкой L-образной балки 130 или электронного испытательного оборудования для приведения смоделированного ударного спектра 218 в пределы интервала допусков 14 для всего спектра. В этом отношении, физическое расположение испытываемого изделия 150 на L-образной балке 130 (фиг. 10-13) или форма переходного сигнала может быть отрегулирована для приведения существенной части или всего смоделированного ударного спектра 218 в пределы интервала допусков 14.

Фиг.24 представляет собой дополнительный график функции 200 ускорения от времени L-образной балки 130 (фиг. 10-13), реализованной в конфигурации, аналогичной L-образной балке 130, показанной на фиг. 10-13. Функция 200 ускорения от времени имеет измеряемое пиковое ускорение 206, равное около 11 146 g, измеренное на боковом элементе 132 L-образной балки 130.

Фиг. 25 представляет собой смоделированный ударный спектр 218, основанный на функции 200 ускорения от времени по фиг. 24. Смоделированный ударный спектр 218 имеет абсолютное пиковое ускорение 224, равное около 50641 g, далее иллюстрирующее способность резонансной балки 102 (фиг. 1) генерировать мощный пироудар. Фиг.25 также иллюстрирует в целом жесткий контроль ударного импульса 54, как это подтверждается смоделированным ударным спектром 218, обычно поддерживаемым в пределах интервала допусков 214 необходимого ударного спектра 208 с незначительными превышениями в пределах относительно узкой полосы. В этом отношении следует отметить, что фиг. 25 иллюстрирует усилительную способность испытательной установки с L-образной балкой 130 (фиг. 10-13) перед регулировкой испытательной настройки L-образной балки 130 для приведения незначительного превышения смоделированного ударного спектра 218 в пределы интервала допусков 14.

Фиг. 26 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую реализацию методологии 300, включающей в себя одну или несколько операций, которые могут быть реализованы в системе 10 (фиг. 1) для моделирования пироудара. Данная методология может включать в себя шаг 302 генерирования формы переходного сигнала, представляющей необходимый ударный спектр 208. Форма переходного сигнала может генерироваться генератором импульсных сигналов 12 (фиг. 1) и может иметь необходимую амплитуду (т.е. напряжение) и продолжительность (в миллисекундах) для достижения необходимого профиля в ударном импульсе 54 (фиг. 1), генерируемом вибратором 40 (фиг. 1).

Шаг 304 методологии 300 может включать в себя усиление формы сигнала, например посредством усилителя электрической мощности 28 (фиг. 1). Усилитель 28 мощности может изначально обеспечивать подачу постоянного тока на катушку электромагнита 48 (фиг. 1) вибратора 40 (фиг. 1) для создания магнитного поля, окружающего якорь 50 (фиг. 1). Усилитель 28 мощности может также усиливать переходный сигнал и генерировать переменный ток, представляющий форму переходного сигнала на якорь 50.

Шаг 306 может включать в себя подачу усиленного сигнала на электродинамический вибратор 40 (фиг. 1). Усиленный сигнал подает энергию на якорь 50 (фиг. 1) и заставляет якорь 50 двигаться в направлении по существу параллельном координатной оси 56 (фиг. 1). Резонансная балка 102 может быть смонтирована на якоре 50, как показано на фиг. 1.

Шаг 308 может включать в себя генерирование ударного импульса 54 (фиг. 1) вибратором 40 (фиг. 1) в ответ на приложение к вибратору 40 усиленного сигнала. Ударный импульс 54 генерируется возвратно-поступательным движением якоря 50 (фиг. 1) в ответ на переменный ток, протекающий в якоре 50. Якорь 50 может совершать возвратно-поступательные движения с частотой, которая может соответствовать частоте переменного тока усиленного сигнала.

Шаг 310 может включать в себя ориентирование ударного импульса 54 (фиг. 1) по существу параллельно координатной оси 56 (фиг. 1). В этом отношении, ориентация ударного импульса 54 соответствует ориентации движения якоря 50 (фиг. 1). Как показано на иллюстрации, вибратор 40 может иметь такую конфигурацию, при которой якорь 50 двигался бы по оси относительно катушки электромагнита 48 (фиг. 1). Резонансную балку 102 (фиг. 1) предпочтительно прикрепить к якорю 50, таким образом, чтобы резонансная балка 102 и якорь 50 оставались в непрерывном контакте по меньшей мере во время ударного импульса 54.

Шаг 312 может включать в себя возбуждение резонансной балки 102 (фиг. 1) по меньшей мере в одном резонансном режиме в ответ на генерирование ударного импульса 54. Резонансный режим может включать в себя продольный режим, изгибный режим, крутильный режим или другие режимы либо их сочетания. Способ возбуждения может определяться рядом факторов, включая, без ограничения, конфигурацию резонансной балки 102 и/или положение, ориентацию и расположение резонансной балки 102 по отношению к вибратору 40 (фиг. 1).

Шаг 314 может включать в себя усиление ударного импульса 54 (фиг. 1) в резонансной балке 102 (фиг. 1) в ответ на возбуждение резонансной балки 102. Ударный импульс 54 может быть усилен таким образом, чтобы по меньшей мере одна точка на резонансной балке 102 имела измеряемое пиковое ускорение 206 (фиг. 14), превышающее измеряемое пиковое ускорение 206 у нижней части 106 (фиг. 1) резонансной балки 102. Как было указано раньше, ударный импульс 54 может быть усилен в данной точке пучности (не показана) резонансной балки 102.

Шаг 316 может включать в себя измерение ускорения в некоторой точке на резонансной балке 102 (фиг. 1) в ответ на ударный импульс 54 (фиг. 1) и определение одной или более точек на резонансной балке 102, где ударный импульс 54 усиливается. Уровень усиления в каждой точке может измеряться и сравниваться с измеренным ускорением у нижней части 106 (фиг. 1).

Шаг 318 может включать в себя расчет смоделированного ударного спектра 218 (фиг. 15), демонстрируемого в каждой измеренной точке. Смоделированный ударный спектр 218 в каждой точке может быть рассчитан на основе измеренного пикового ускорения 206 (фиг. 14) в данной точке. Смоделированный ударный спектр 218 в каждой точке может сравниваться с необходимым ударным спектром 208 (фиг. 15). Как указано выше, необходимый ударный спектр 208 может представлять реакцию рабочей среды (например, смоделированная или фактическая структура) на пироудар, создаваемый с использованием взрывчатых веществ.

Шаг 320 может включать в себя регулировку одного или более оцениваемых при испытании параметров до тех пор, пока не будут определены одна или более точек резонансной балки 102 (фиг. 1) с необходимым уровнем усиления ударного импульса 54 (фиг. 1). В связи с этим могут быть определены одна или более точек, в которых абсолютное пиковое ускорение 224 (фиг. 15) смоделированного ударного спектра 218 (фиг. 15) по существу эквивалентно ускорению, соответствующему частоте сопряжения 216 (фиг. 15) необходимого ударного спектра 208 (фиг. 15). Как отмечено выше, частота сопряжения 216 необходимого ударного спектра 208 может соответствовать доминантной частоте условий эксплуатации в ответ на пироудар. Путем согласования абсолютного пикового ускорения 224 с ускорением при частоте сопряжения 216, точка на резонансной балке 102 может обеспечивать относительно точное моделирование пироудара, которому может подвергаться изделие в фактических условиях эксплуатации.

Оцениваемые при испытании параметры, которые могут регулироваться, могут включать в себя точки на резонансной балке 102 (фиг. 1), в которых измеряется ускорение. Как обсуждалось выше, различные точки в данной реализации резонансной балки 102 могут демонстрировать различные уровни усиления. Резонансная балка 102 может отображаться или наблюдаться путем установки акселерометров 62 (фиг. 1) в различных точках на резонансной балке 102, подвергающих резонансную балку 102 воздействию ударного импульса 54 (фиг. 1), и измерения усиления в каждой точке до тех пор, пока не будет определена точка, имеющая необходимый уровень усиления. Смоделированный ударный спектр 218 (фиг. 15) может быть также рассчитан для каждой точки на основании измеренного ускорения. Могут быть определены точки, в которых смоделированный ударный спектр 218 является по существу эквивалентным необходимому спектру реакции на удар 208 (фиг. 15). В связи с этим могут быть определены точки, в которых абсолютное пиковое ускорение 224 (фиг. 15) смоделированного ударного спектра 218 является по существу эквивалентным ускорению, соответствующему частоте сопряжения 216 необходимого ударного спектра 208. Предпочтительно абсолютное пиковое ускорение 224 смоделированного ударного спектра 218 укладывать в рамки заданного интервала допусков 214 необходимого ударного спектра 208.

Оцениваемые при испытании параметры могут также включать в себя изменение конфигурации резонансной балки 102 (фиг. 1), включая изменение формы балки, геометрии балки и/или ее размеров. В связи с этим различные конфигурации резонансной балки 102 могут монтироваться на вибраторе 40 (фиг. 1) для определения реакции каждой резонансной балки 102 на данный ударный импульс 54 (фиг. 1). Конфигурация балки может выбираться на основании необходимого уровня усиления и качества смоделированного ударного спектра 218 (фиг. 15). Качество ударного спектра может включать в себя амплитуду отклонений смоделированного ударного спектра 218 от номинального прямолинейного необходимого ударного спектра 208 (фиг. 15), а также укладывается ли существенная часть смоделированного ударного спектра 218 (фиг. 15) в пределы заданного интервала допусков 214 (фиг. 15). Оцениваемые при испытании параметры могут также включать в себя изменение материала, из которого изготовлена резонансная балка 102. В связи с этим материал может выбираться на основании относительной жесткости или твердости, обеспечиваемой материалом. Например, материал может выбираться на основании модуля упругости на растяжение, модуля сдвига, коэффициента Пуассона или других механических свойств.

Форма переходного сигнала может регулироваться для сведения к минимуму разности между абсолютным пиковым ускорением 224 (фиг. 15), смоделированного ударного спектра 218 (фиг. 15) и ускорением при частоте сопряжения 216 (фиг. 15). Например, уровень усиления переходного сигнала может регулироваться путем настройки усилителя 28 мощности (фиг. 1). Устройство 14 формирования сигнала (фиг. 1) может также регулироваться для манипуляции с формой переходного сигнала, подаваемой на генератор 12 сигналов (фиг. 1). Например, аналоговый фильтр 16 (фиг. 1) и/или цифровой фильтр 18 (фиг. 1) могут быть отрегулированы для изменения амплитуды переходного сигнала на одной частоте или более, как рассмотрено выше.

Один или несколько вышеупомянутых оцениваемых при испытании параметров могут регулироваться до тех пор, пока смоделированный ударный спектр 218 (фиг. 15) не окажется в пределах заданного интервала допусков (например, ±6 дБ, ±3 дБ, +9/-6 дБ и т.д.) на необходимый ударный спектр 208 (фиг. 15). Предпочтительно, чтобы оцениваемые при испытании параметры могли регулироваться до тех пор, пока смоделированный ударный спектр 218 не станет по существу эквивалентным необходимому спектру реакции на удар 208 при частоте 216 сопряжения (фиг. 15) необходимого ударного спектра 208. Оцениваемые при испытании параметры могут регулироваться до тех пор, пока по меньшей мере одна точка на резонансной балке 102 (фиг. 1) не продемонстрирует смоделированный ударный спектр 218, имеющий абсолютное пиковое ускорение 224, которое является по существу эквивалентным ускорению до частоты сопряжения 216 необходимого ударного спектра 208. В одном из вариантов осуществления данного изобретения оцениваемые при испытании параметры могут регулироваться до тех пор, пока по меньшей мере одна точка на резонансной балке 102 не продемонстрирует смоделированный ударный спектр 218, имеющий абсолютное пиковое ускорение 224 с амплитудой, превышающей предварительно определенное значение, например, превышающей приблизительно 5000 g, превышающей приблизительно 20000 g, или выше. Оцениваемые при испытании параметры могут также регулироваться таким образом, чтобы по меньшей мере одна точка на резонансной балке 102 демонстрировала смоделированный ударный спектр 218, имеющий спектральный состав, превышающий приблизительно 100 кГц.

Рассмотренные выше шаги измерения реакции в некоторой точке на резонансной балке 102 (фиг. 1) могут выполняться с использованием массовой модели 152 (фиг. 1), смонтированной на резонансной балке 102 в точке измерения. Как было указано ранее, массовая модель 152 может иметь массу и распределение массы, которые могут быть по существу эквивалентны массе и распределению массы испытываемого изделия 150 (фиг. 1). После определения одной или более точек на резонансной балке 102, которые демонстрируют желаемую реакцию, массовая модель 152 может быть заменена испытываемым изделием 150. Испытываемое изделие 150 может быть смонтировано в данной точке и может подвергаться ряду ударных импульсов 54 (фиг. 1). Испытываемое изделие 150 может впоследствии испытываться в другой ориентации до тех пор, пока оно не будет испытано по каждой из трех взаимно перпендикулярных (т.е. х, y, z) осей.

В этом отношении акселерометры с одной или тремя измерительными осями 62 (фиг. 1) могут монтироваться на резонансной балке 102 (фиг. 1) или на зажимном приспособлении 154 (фиг. 1), смонтированном на резонансной балке 102. Акселерометры 62 монтируются предпочтительно поблизости от испытываемого изделия 150 (фиг. 1) и располагаются в таком положении, в котором они не соприкасаются с испытываемым изделием 150. Затем испытываемое изделие 150 может подвергаться воздействию одного или нескольких ударных импульсов, в зависимости от цели испытания. Например, при проведении квалификационных испытаний испытываемое изделие 150 может подвергаться воздействию трех ударов в каждом направлении (т.е. +/-) для каждой оси (т.е. х, y, z) испытываемого образца 150 с общим количеством ударов, равным 18. Для летных приемосдаточных испытаний испытываемое изделие 150 может подвергаться воздействию одного удара в каждом направлении (т.е. +/-) для каждой оси (т.е. х, y, z) с общим количеством ударов равным 6. Испытываемое изделие 150 может оцениваться на наличие повреждений и/или сбоев в работе после каждого удара или после серии ударов.

У специалистов в данной области техники возникнет много модификаций и других вариантов осуществления с преимуществами данного изобретения, представленными в изложенном выше описании и соответствующих чертежах. Варианты осуществления, описанные в настоящем документе, следует понимать как иллюстративные, а не ограничительные или исчерпывающие. Несмотря на использование в настоящем документе конкретных терминов, указанные термины используются исключительно в общем и описательном смысле, а не с целью ограничения.

Изобретение относится к испытаниям на удар, в частности, к системам и методам для моделирования мощного пиротехнического удара в испытываемом компоненте или изделии. Система моделирования пироудара включает в себя усилитель мощности электрического сигнала, вибратор и резонансную балку. Усилитель мощности имеет конфигурацию, обеспечивающую усиление переходного сигнала, представляющего необходимый ударный спектр. Необходимый ударный спектр представляет собой спектр переходного сигнала при различных частотах. Вибратор имеет конфигурацию, обеспечивающую генерирование ударного импульса в ответ на подачу усиленного сигнала. Резонансная балка монтируется на вибраторе и имеет конфигурацию, обеспечивающую усиление ударного импульса. Технический результат - моделирование мощного пироудара с необходимым ударным спектром, который охватывал бы несколько различных ударных событий с различным частотным содержанием. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 26 ил.

1. Система (10) моделирования пироудара, имеющего необходимый ударный спектр (208), включающая в себя:
усилитель (28) мощности электрического сигнала, выполненный с возможностью усиления переходного сигнала, представляющего необходимый ударный спектр (208), при этом необходимый ударный спектр (208) представляет собой спектр переходного сигнала при различных частотах;
вибратор (40), выполненный с возможностью генерации ударного импульса (54) в ответ на подачу усиленного сигнала; и
резонансную балку (102), смонтированную на вибраторе (40) и выполненную с возможностью усиления ударного импульса.

2. Система (10) по п. 1, в которой:
необходимый ударный спектр (208) имеет частоту (216) сопряжения и ускорение, соответствующее этой частоте (216) сопряжения; и
резонансная балка (102) с конфигурацией, при которой по меньшей мере одна точка на ней иллюстрирует смоделированный ударный спектр (218), имеющий абсолютное пиковое ускорение, которое является по существу эквивалентным ускорению, соответствующему частоте (216) сопряжения.

3. Система (10) по п. 1, в которой:
вибратор (40) имеет координатную ось (56);
ударный импульс (54) ориентирован в направлении, по существу параллельном координатной оси (56); и
резонансная балка (102) является осевой балкой (110), имеющей длинную ось (104), ориентированную по существу параллельно координатной оси (56); при этом осевая балка (110) имеет высоту h_A, измеренную параллельно длинной оси (104), и ширину w_A, измеренную перпендикулярно длинной оси (104), причем высота h_A превышает ширину w_A.

4. Система (10) по п. 1, в которой:
вибратор (40) имеет координатную ось (56);
ударный импульс (54) ориентирован преимущественно в направлении, параллельном координатной оси (56); и
резонансная балка (102) является поперечной балкой (120), имеющей длинную ось (104), ориентированную по существу перпендикулярно координатной оси (56).

5. Система (10) по п. 4, в которой:
вибратор (40) имеет якорь (50), имеющий некоторый периметр;
поперечная балка (120) имеет противоположные концы 122;
поперечная балка (120) имеет высоту h_T, измеренную перпендикулярно длинной оси (104), и ширину w_T, измеренную параллельно длинной оси (104); и
при этом ширина w_T превышает высоту h_T и ширина w_T имеет такое значение, при котором по меньшей мере один из концов (122) балок выступает за пределы периметра якоря (50).

6. Система (10) по п. 1, в которой:
вибратор (40) имеет координатную ось (56), при этом вибратор (40) ориентирован таким образом, что координатная ось (56) является приблизительно горизонтальной;
резонансная балка (102) является L-образной балкой (130), включающей в себя:
осевую балку (110), смонтированную на вибраторе (40) и имеющую длинную ось (104), ориентированную по существу параллельно координатной оси (56), при этом осевая балка (110) поддерживается на опоре (138) балки с возможностью скольжения; и
боковой элемент (132), выступающий наружу в боковом направлении за пределы осевой балки (110).

7. Способ моделирования пироудара, имеющего необходимый ударный спектр (208), включающий следующие шаги:
генерирование ударного импульса (54) посредством вибратора (40), имеющего резонансную балку (102), смонтированную на нем;
возбуждение резонансной балки (102) в ответ на ударный импульс (54); и
усиление ударного импульса (54) по меньшей мере в одной точке на резонансной балке (102) в ответ на возбуждение резонансной балки (102) таким образом, что по меньшей мере одна точка на резонансной балке (102) иллюстрирует смоделированный ударный спектр (218), при этом необходимый ударный спектр (208) представляет собой спектр переходного сигнала при различных частотах.

8. Способ по п. 7, в котором пироудар имеет необходимый ударный спектр (208), при этом шаг усиления ударного импульса (54) включает в себя усиление ударного импульса (54) таким образом, чтобы по меньшей мере одна точка на резонансной балке (102) иллюстрировала смоделированный ударный спектр (218), который был бы по существу эквивалентным необходимому ударному спектру (208).

9. Способ по п. 8, в котором необходимый ударный спектр (208) имеет частоту (216) сопряжения и ускорение, соответствующие этой частоте (216) сопряжения, при этом шаг усиления ударного импульса (54) включает в себя усиление ударного импульса (54) таким образом, чтобы смоделированный ударный спектр (218) имел абсолютное пиковое ускорение, которое являлось бы по существу эквивалентным ускорению, соответствующему частоте (216) сопряжения.

10. Способ по п. 7, в котором шаг усиления ударного импульса (54) включает в себя усиление ударного импульса (54) таким образом, чтобы по меньшей мере одна точка на резонансной балке (102) иллюстрировала смоделированный ударный спектр (218), имеющий абсолютное пиковое ускорение, превышающее приблизительно 5000 g.

11. Способ по п. 7, в котором шаг усиления ударного импульса (54) включает в себя усиление ударного импульса (54) таким образом, чтобы по меньшей мере одна точка на резонансной балке (102) иллюстрировала смоделированный ударный спектр (218), имеющий абсолютное пиковое ускорение, превышающее приблизительно 20000 g.

12. Способ по п. 7, в котором шаг усиления ударного импульса (54) включает в себя усиление ударного импульса (54) таким образом, чтобы по меньшей мере одна точка на резонансной балке (102) иллюстрировала смоделированный ударный спектр (218), имеющий реакцию по ускорению, превышающую примерно 100 кГц.

13. Способ по п. 7, дополнительно включающий в себя шаги:
ориентации ударного импульса (54) вдоль координатной оси (56) вибратора (40); и
придание резонансной балке (102) конфигурации осевой балки (110), имеющей длинную ось (104), ориентированную параллельно координатной оси (56).

14. Способ по п. 7, дополнительно включающий шаги:
ориентации ударного импульса (54) вдоль координатной оси (56) вибратора (40); и
придание резонансной балке (102) конфигурации поперечной балки (120), имеющей длинную ось (104), ориентированную по существу перпендикулярно координатной оси (56).

15. Способ по п. 7, в котором:
ударный импульс (54) ориентирован вдоль координатной оси (56) вибратора (40); и
резонансная балка (102) имеет конфигурацию L-образной балки (130), включая:
осевую балку (110), смонтированную на вибраторе (40) и имеющую длинную ось (104), ориентированную по существу параллельно координатной оси (56); и
боковой элемент (132), выступающий наружу в боковом направлении за пределы осевой балки (110).