一种星箭动态界面力识别方法.pdf

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1、V01．24No．1航天器工程第24卷第1期62SPACECRAFTENGINEERING2015年2月一种星箭动态界面力识别方法张永涛周徐斌杜冬王建炜石川千(上海卫星工程研究所，上海200240)摘要为获得卫星与运载火箭界面的动态载荷，提出了采用应变测量的识别方法：沿连接环表面设置测点，每个测点粘贴应变花测量该处应变，由升空过程中采集到的应变信号经理论分析即可辨识界面力。仿真分析证明，该方法对星箭界面动态载荷幅值的识别误差可达20％以下，能够满足工程需求，可对未来卫星力学环境识别的工程应用提供参考。关键词卫星；动态界面力；载荷

2、识别；应变中图分类号：V416文献标志码：ADoI：10．3969／j．issn．1673—8748．2015．01．011AnIdentificationMethodforSatellite‘launcherDynamicInterfaceForceZHANGYongtaoZHOUXubinDUDongWANGJianweiSHIChuanqian(ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering，Shanghai200240，China)Abstract：Inordertoobtaindynam

3、icinter{ace{orcesbetweensatelIiteandlaunchVehlcle，a1den—tificationmethodisproposedbasedonthestrainmonitoring．Someobservationlocationsarese—lectedonthesurfaceoftheadapterringtopastestrainrosettestomeasurethe10calstrain．Thestrainsignalduringlift—offwillbegatheredtoesti

4、mateinterfaceforcesbytheoreticalanalysis．Simulationresultsshowthattheamplitudeidentificationerrorofdynamicinterfaceforceislessthan20％whichcansatisfytheengineeringrequirements．Thismethodoffersareferenceforthefutureapplicationtoidentifysatellite，smechanicalenvironments

5、．Keywords：satellite；dynamicinterfaceforce；loadidentification；strain1引言卫星与运载火箭界面的载荷特性是卫星结构设计的重要依据。国内外运载火箭用户手册都以准静态加速度的形式，详细规定了星箭界面的三向载荷条件，这是卫星结构设计必须遵循的安全准则，同时也是对卫星整体进行力学环境试验考核的主要标准之一[1]。尤其是近年来，国内外认识到星箭连接试验夹具的机械阻抗与真实飞行构型中安装结构的机械阻抗存在很大的差异，仅采用加速度条件作为控制条件可能导致严重的“过试验”问题[21

6、4]，因此逐步开始重视在传统的加速度控制基础上增加界面力控制(力限控制)来解决振动试验输入问题[5。7]。综上，准确掌握星箭界面力载荷状态具有十分重要的工程意义。要测定发射过程中星箭界面的力谱，最直接的方法是在卫星与运载火箭之间串人力传感器作为测力装置[8]。但这对力传感器和连接结构提出了较高的研制要求，同时会削弱界面处的连接刚度和强度，将对星箭耦合结构的整体力学特性产生明显改变，从而会给发射段的承载安全性带来风险。为避免串联力传感器，本文提出了一种通过测量星箭连接环应变来计算星箭界面力的方法，并经收稿日期：2014—11—18

7、；修回日期：2014一12—08作者简介：张永涛，男，硕士研究生，从事卫星结构机构设计与仿真。Email：zytddp0621@126．com。第1期张永涛等：一种星箭动态界面力识别方法仿真分析，验证了该方法的有效性和工程适用性，可以为卫星力限控制振动试验输入谱的确定提供一定参考。2理论分析通常卫星的底部由星箭连接环、承力筒、底板与隔板等结构组成(如东方红三号，东方红四号等卫星)[9]。星箭连接环处在卫星的最底部，它连接着卫星承力筒与运载火箭的端口。将星箭连接环考虑为薄壁圆筒，如图1所示。采用梁弯曲时的平面截面经典假设，对其进行

8、受力分析。注：R为圆筒半径，f为圆筒壁厚，口为圆筒角度坐标，Q为界面横向力，N为界面轴向力，M为界面弯矩，T为界面扭矩。图l薄壁圆筒模型的力学分析Fig．1AnalyticalmodelofthinwalledcylinderF为施加在薄壁圆筒底部的六自由度载荷