一种泵压式液体火箭发动机结构复合振动成分试验系统技术方案

一种泵压式液体火箭发动机结构复合振动成分试验系统，涉及结构复合振动成分试验方法领域；包括3个激振器、激励支撑装置、计算机、3个控制仪与信号发生器、响应采集系统、3个功率放大器、3个激励杆、3个力传感器和加速度传感器；本发明专利技术利用多组激振器的激励使发动机结构被激起一种单一振动激励源难以实现的振动响应，振动响应频谱成分中同时具有发动机燃烧室、涡轮泵、燃气发生装置等多个激励源的频谱特征，而且对每种振动激励载荷谱的放大或衰减规律在其中也能得到反映，通过对结构振动响应频谱合成成分与激励源的关系分析，获得发动机结构振动响应对不同激励源的敏感程度；成本小、技术难度适中且适用于泵压式液体火箭发动机结构。

A compound vibration component test system for pump pressure liquid propellant rocket engine

The invention relates to a test system for structural composite vibration components of a pumped liquid rocket engine, which relates to the field of structural composite vibration components test methods, including three exciters, excitation support devices, computer, three controllers and signal generators, response acquisition system, three power amplifiers, three excitation rods, three force sensors and acceleration. The vibration response spectrum component has the spectrum characteristics of multiple excitation sources such as engine combustion chamber, turbine pump, gas generator and so on, and the excitation load for each vibration excitation load. The amplification or attenuation of the spectrum can also be reflected in it. Through the analysis of the relationship between the composition of the spectrum and the excitation source, the sensitivity of the vibration response of the engine structure to different excitation sources can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种泵压式液体火箭发动机结构复合振动成分试验系统
本专利技术涉及一种结构复合振动成分试验方法领域，特别是一种泵压式液体火箭发动机结构复合振动成分试验系统。
技术介绍
对泵压式液体火箭发动机而言，在全寿命周期受到的载荷表现为外部载荷和自身载荷两种：前者为上面级发动机受基础级发动机工作时传来的振动载荷，后者为自身的燃烧室、涡轮泵及燃气发生装置等主要激励源产生的振动激励。近年来，随着发射密度越来越高，在飞行及地面热试过程中，管路断裂、支板断裂、边界约束装置断裂等现象呈逐年增多的趋势，并因此导致了多次发射失败和地面试验故障。2007年以来与发动机结构振动问题直接相关的发射故障多达10次以上，地面热试车过程中多次出现因振动引起的结构断裂故障，故障部位主要表现在燃烧室、涡轮泵、燃气发生装置等振源组件之间氧化剂和燃料的管路系统，以及组件间的连接件、支撑构件。由于发动机工作时多种振动激励源同时对结构进行激励，发动机不同结构在其振动响应频域内对每种振动激励载荷谱的放大或衰减规律差异很大，加之发动机结构复杂，导致各组件之间载荷叠加的多样化和复杂性，要理清发动机结构振动响应的主要成分与激励源之间的关系，在试验技术上存在一定的难度，主要表现在以下几方面：振动激励源较多；振源与发动机各组件之间连接关系复杂；地面空载及热试搭载试验成本高，实现多源、多方向、多点激励的试验技术难度大等。在故障定位时，为掌握泵压式液体火箭发动机结构的振动响应规律，获得发动机结构不同频段内的响应成分与振源之间的关系，分析发动机结构故障因素，首先需要对发动机结构复合振动成分试验方法进行研究。目前还没有一种适用于泵压式液体火箭发动机结构特点、成本低廉、技术难度不大的试验系统和方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种泵压式液体火箭发动机结构复合振动成分试验系统，提供一种成本小、技术难度适中且适用于泵压式液体火箭发动机结构与工作特点的试验方法，为发动机结构振动动特性与失效分析提供技术手段和途径本专利技术的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：一种泵压式液体火箭发动机结构复合振动成分试验系统，包括安装台面、发动机、第一激振器、第二激振器、第三激振器、激励支撑装置、计算机、第一控制仪与信号发生器、第二控制仪与信号发生器、第三控制仪与信号发生器、响应采集系统、第一功率放大器、第二功率放大器、第三功率放大器、第一激励杆、第二激励杆、第三激励杆、第一力传感器、第二力传感器、第三力传感器和加速度传感器；其中，安装台面为水平放置的圆台结构；发动机固定安装在安装台面上表面的中心位置；激励支撑装置固定安装在安装台面的上表面；计算机：发出第一数字参考信号至第一控制仪与信号发生器；发出第二数字参考信号至第二控制仪与信号发生器；同时发出数字正弦参考信号至第三控制仪与信号发生器；接收第一控制仪与信号发生器反馈来的第一数字振动信号；将第一数字参考信号与第一数字振动信号进行对比；当第一数字参考信号与第一数字振动信号的比值为-1dB～1dB时，发出第一数字参考信号至第一控制仪与信号发生器；当第一数字参考信号与第一数字振动信号的比值小于-1dB或大于1dB时，停止发送第一数字参考信号至第一控制仪与信号发生器；接收第二控制仪与信号发生器反馈来的第二数字振动信号；将第二数字参考信号与第二数字振动信号进行对比；当第二数字参考信号与第二数字振动信号的比值为-1dB～1dB时，发出第二数字参考信号至第二控制仪与信号发生器；当第二数字参考信号与第二数字振动信号的比值小于-1dB或大于1dB时，停止发送第二数字参考信号至第二控制仪与信号发生器；接收第三控制仪与信号发生器反馈来的第三数字振动信号；将数字正弦参考信号与第三数字振动信号进行对比；当数字正弦参考信号与第三数字振动信号的比值为-1dB～1dB时，发出数字正弦参考信号至第三控制仪与信号发生器；当数字正弦参考信号与第二数字振动信号的比值小于-1dB或大于1dB时，停止发送数字正弦参考信号至第三控制仪与信号发生器；第一控制仪与信号发生器：接收计算机传来的第一数字参考信号；将第一数字参考信号进行数模转换生成第一电学模拟信号，并将第一电学模拟信号发送至第一功率放大器；接收第一力传感器反馈的第一振动信号；将第一振动信号进行模数转换生成第一数字振动信号，并将第一数字振动信号反馈至计算机；第一功率放大器：接收第一控制仪与信号发生器传来的第一电学模拟信号，对第一电学模拟信号进行功率放大，生成第一数字参考信号的电流与电压信号，并将第一数字参考信号的电流与电压信号发送至第一激振器；第一激振器：接收第一功率放大器传来的第一数字参考信号的电流与电压信号；产生振动，生成第一振动信号，并将第一振动信号通过第一激励杆发送至第一力传感器；第一力传感器：通过第一激励杆接收第一激振器传来的第一振动信号，对第一振动信号进行采集记录，同时将第一振动信号反馈至第一控制仪与信号发生器；第二控制仪与信号发生器：接收计算机传来的第二数字参考信号；将第二数字参考信号经数模转换生成第二电学模拟信号，并将第二电学模拟信号发送至第二功率放大器；接收第二力传感器反馈的第二振动信号；对第二振动信号进行模数转换生成第二数字振动信号，并将第二数字振动信号反馈至计算机第二功率放大器：接收第二控制仪与信号发生器传来的第二电学模拟信号，对第二电学模拟信号进行功率放大，生成第二数字参考信号的电流与电压信号，并将第二数字参考信号的电流与电压信号发送至第二激振器；第二激振器：接收第二功率放大器传来的第二数字参考信号的电流与电压信号；产生振动；生成第二振动信号；并将第二振动信号通过第二激励杆发送至第二力传感器；第二力传感器：通过第二激励杆接收第二激振器传来的第二振动信号，对第二振动信号进行采集记录，同时将第二振动信号反馈至第二控制仪与信号发生器；第三控制仪与信号发生器：接收计算机传来的数字正弦参考信号；将数字正弦参考信号经数模转换生成第三电学模拟信号，并将第三电学模拟信号发送至第三功率放大器；接收第三力传感器反馈的第三振动信号，将第三振动信号经模数转换生成第三数字振动信号，并将第三数字振动信号反馈至计算机；第三功率放大器：接收第三控制仪与信号发生器传来的第三电学模拟信号，对第三电学模拟信号进行功率放大，生成数字正弦参考信号的电流和电压信号，并将数字正弦参考信号的电流和电压信号发送至第三激振器；第三激振器：接收第三功率放大器传来的数字正弦参考信号的电流和电压信号；正弦振动；生成第三振动信号；并将第三振动信号通过第三激励杆发送至第三力传感器；第三力传感器：通过第三激励杆接收第三激振器传来的第三振动信号，对第三振动信号进行采集记录，同时将三振动信号反馈至第三控制仪与信号发生器；加速度传感器：固定安装在发动机的侧壁；测量获得发动机响应的加速度信号；并将的发动机响应的加速度信号发送至响应采集系统；响应采集系统：接收加速度传感器传来的发动机响应的加速度信号，进行模数转换，生成加速度数字信号，并将加速度数字信号发送至计算机。在上述的一种泵压式液体火箭发动机结构复合振动成分试验系统，所述的激励支撑装置固定放置在发动机的燃气发生器处。在上述的一种泵压式液体火箭发动机结构复合振动成分试验系统，所述第一激励杆、第二激励本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种泵压式液体火箭发动机结构复合振动成分试验系统，其特征在于：包括安装台面(1)、发动机(2)、第一激振器(3)、第二激振器(4)、第三激振器(5)、激励支撑装置(6)、计算机(7)、第一控制仪与信号发生器(8)、第二控制仪与信号发生器(9)、第三控制仪与信号发生器(10)、响应采集系统(11)、第一功率放大器(12)、第二功率放大器(13)、第三功率放大器(14)、第一激励杆(15)、第二激励杆(16)、第三激励杆(17)、第一力传感器(18)、第二力传感器(19)、第三力传感器(20)和加速度传感器(21)；其中，安装台面(1)为水平放置的圆台结构；发动机(2)固定安装在安装台面(1)上表面的中心位置；激励支撑装置(6)固定安装在安装台面(1)的上表面；计算机(7)：发出第一数字参考信号至第一控制仪与信号发生器(8)；发出第二数字参考信号至第二控制仪与信号发生器(9)；同时发出数字正弦参考信号至第三控制仪与信号发生器(10)；接收第一控制仪与信号发生器(8)反馈来的第一数字振动信号；将第一数字参考信号与第一数字振动信号进行对比；当第一数字参考信号与第一数字振动信号的比值为‑1dB～1dB时，发出第一数字参考信号至第一控制仪与信号发生器(8)；当第一数字参考信号与第一数字振动信号的比值小于‑1dB或大于1dB时，停止发送第一数字参考信号至第一控制仪与信号发生器(8)；接收第二控制仪与信号发生器(9)反馈来的第二数字振动信号；将第二数字参考信号与第二数字振动信号进行对比；当第二数字参考信号与第二数字振动信号的比值为‑1dB～1dB时，发出第二数字参考信号至第二控制仪与信号发生器(9)；当第二数字参考信号与第二数字振动信号的比值小于‑1dB或大于1dB时，停止发送第二数字参考信号至第二控制仪与信号发生器(9)；接收第三控制仪与信号发生器(10)反馈来的第三数字振动信号；将数字正弦参考信号与第三数字振动信号进行对比；当数字正弦参考信号与第三数字振动信号的比值为‑1dB～1dB时，发出数字正弦参考信号至第三控制仪与信号发生器(10)；当数字正弦参考信号与第二数字振动信号的比值小于‑1dB或大于1dB时，停止发送数字正弦参考信号至第三控制仪与信号发生器(10)；第一控制仪与信号发生器(8)：接收计算机(7)传来的第一数字参考信号；将第一数字参考信号进行数模转换生成第一电学模拟信号，并将第一电学模拟信号发送至第一功率放大器(12)；接收第一力传感器(18)反馈的第一振动信号；将第一振动信号进行模数转换生成第一数字振动信号，并将第一数字振动信号反馈至计算机(7)；第一功率放大器(12)：接收第一控制仪与信号发生器(8)传来的第一电学模拟信号，对第一电学模拟信号进行功率放大，生成第一数字参考信号的电流与电压信号，并将第一数字参考信号的电流与电压信号发送至第一激振器(3)；第一激振器(3)：接收第一功率放大器(12)传来的第一数字参考信号的电流与电压信号；产生振动，生成第一振动信号，并将第一振动信号通过第一激励杆(15)发送至第一力传感器(18)；第一力传感器(18)：通过第一激励杆(15)接收第一激振器(3)传来的第一振动信号，对第一振动信号进行采集记录，同时将第一振动信号反馈至第一控制仪与信号发生器(8)；第二控制仪与信号发生器(9)：接收计算机(7)传来的第二数字参考信号；将第二数字参考信号经数模转换生成第二电学模拟信号，并将第二电学模拟信号发送至第二功率放大器(13)；接收第二力传感器(19)反馈的第二振动信号；对第二振动信号进行模数转换生成第二数字振动信号，并将第二数字振动信号反馈至计算机(7)第二功率放大器(13)：接收第二控制仪与信号发生器(9)传来的第二电学模拟信号，对第二电学模拟信号进行功率放大，生成第二数字参考信号的电流与电压信号，并将第二数字参考信号的电流与电压信号发送至第二激振器(4)；第二激振器(4)：接收第二功率放大器(13)传来的第二数字参考信号的电流与电压信号；产生振动；生成第二振动信号；并将第二振动信号通过第二激励杆(16)发送至第二力传感器(19)；第二力传感器(19)：通过第二激励杆(16)接收第二激振器(4)传来的第二振动信号，对第二振动信号进行采集记录，同时将第二振动信号反馈至第二控制仪与信号发生器(9)；第三控制仪与信号发生器(10)：接收计算机(7)传来的数字正弦参考信号；将数字正弦参考信号经数模转换生成第三电学模拟信号，并将第三电学模拟信号发送至第三功率放大器(14)；接收第三力传感器(20)反馈的第三振动信号，将第三振动信号经模数转换生成第三数字振动信号，并将第三数字振动信号反馈至计算机(7)；第三功率放大器(14)：接收第三控制仪与信号发生器(10)传来的第三电学模拟信号，对第三电学模拟...

【技术特征摘要】
1.一种泵压式液体火箭发动机结构复合振动成分试验系统，其特征在于：包括安装台面(1)、发动机(2)、第一激振器(3)、第二激振器(4)、第三激振器(5)、激励支撑装置(6)、计算机(7)、第一控制仪与信号发生器(8)、第二控制仪与信号发生器(9)、第三控制仪与信号发生器(10)、响应采集系统(11)、第一功率放大器(12)、第二功率放大器(13)、第三功率放大器(14)、第一激励杆(15)、第二激励杆(16)、第三激励杆(17)、第一力传感器(18)、第二力传感器(19)、第三力传感器(20)和加速度传感器(21)；其中，安装台面(1)为水平放置的圆台结构；发动机(2)固定安装在安装台面(1)上表面的中心位置；激励支撑装置(6)固定安装在安装台面(1)的上表面；计算机(7)：发出第一数字参考信号至第一控制仪与信号发生器(8)；发出第二数字参考信号至第二控制仪与信号发生器(9)；同时发出数字正弦参考信号至第三控制仪与信号发生器(10)；接收第一控制仪与信号发生器(8)反馈来的第一数字振动信号；将第一数字参考信号与第一数字振动信号进行对比；当第一数字参考信号与第一数字振动信号的比值为-1dB～1dB时，发出第一数字参考信号至第一控制仪与信号发生器(8)；当第一数字参考信号与第一数字振动信号的比值小于-1dB或大于1dB时，停止发送第一数字参考信号至第一控制仪与信号发生器(8)；接收第二控制仪与信号发生器(9)反馈来的第二数字振动信号；将第二数字参考信号与第二数字振动信号进行对比；当第二数字参考信号与第二数字振动信号的比值为-1dB～1dB时，发出第二数字参考信号至第二控制仪与信号发生器(9)；当第二数字参考信号与第二数字振动信号的比值小于-1dB或大于1dB时，停止发送第二数字参考信号至第二控制仪与信号发生器(9)；接收第三控制仪与信号发生器(10)反馈来的第三数字振动信号；将数字正弦参考信号与第三数字振动信号进行对比；当数字正弦参考信号与第三数字振动信号的比值为-1dB～1dB时，发出数字正弦参考信号至第三控制仪与信号发生器(10)；当数字正弦参考信号与第二数字振动信号的比值小于-1dB或大于1dB时，停止发送数字正弦参考信号至第三控制仪与信号发生器(10)；第一控制仪与信号发生器(8)：接收计算机(7)传来的第一数字参考信号；将第一数字参考信号进行数模转换生成第一电学模拟信号，并将第一电学模拟信号发送至第一功率放大器(12)；接收第一力传感器(18)反馈的第一振动信号；将第一振动信号进行模数转换生成第一数字振动信号，并将第一数字振动信号反馈至计算机(7)；第一功率放大器(12)：接收第一控制仪与信号发生器(8)传来的第一电学模拟信号，对第一电学模拟信号进行功率放大，生成第一数字参考信号的电流与电压信号，并将第一数字参考信号的电流与电压信号发送至第一激振器(3)；第一激振器(3)：接收第一功率放大器(12)传来的第一数字参考信号的电流与电压信号；产生振动，生成第一振动信号，并将第一振动信号通过第一激励杆(15)发送至第一力传感器(18)；第一力传感器(18)：通过第一激励杆(15)接收第一激振器(3)传来的第一振动信号，对第一振动信号进行采集记录，同时将第一振动信号反馈至第一控制仪与信号发生器(8)；第二控制仪与信号发生器(9)：接收计算机(7)传来的第二数字参考信号；将第二数字参考信号经数模转换生成第二电学模拟信号，并将第二电学模拟信号发送至第二功率放大器(13)；接收第二力传感器(19)反馈的第二振动信号；对第二振动信号进行模数转换生成第二数字振动信号，并将第二数字振动信号反馈至计算机(7)第二功率放大器(13)：接收第二控制仪与信号发生器(9)传来的第二电学模拟信号，对第二电学模拟信号进行功率放大，生成第二数字参考信号的电流与电压信号，并将第二数字参考信号的电流与电压信号发送至第二激振器(4)；第二激振器(4)：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李斌潮，穆朋刚，李锋，徐学军，邓长华，黄道琼，杜大华，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61