基于CAT的上面级力学环境适应性设计、验证模式研究与实践

/北京宇航系统工程研究所

空间飞行器在随运载火箭发射过程中会经历由发动机推力变化、跨音速脉动压力、助推器关机、分离等动作引起的恶劣低频振动环境,导致飞行器各结构部段产生动态内力、各仪器设备安装处产生瞬态低频振动,引起结构损坏、仪器设备失效等风险。

某飞行器上面级首飞组合体将搭载某运载火箭首飞任务开展演示验证,其总体布局如图1所示。组合体由2个主要有效载荷及5个结构部段组成,总高度超过10米,总质量达到11500千克,质心距下端面高度约4.5米。其中,支架3内集中安装了电气设备、推进剂贮箱、气瓶、管路等,为组合体单独在轨飞行提供动力。除支架3是对原有上面级型号进行适应性修改外,其余结构部段均为新设计。

图1 组合体总体布局示意图

组合体质量大、质心高,且内部存在多个传力分支,飞行任务中结构破坏的风险不可忽视。同时,在研制进度、经费等多因素制约条件下,组合体仅投产一套结构产品先后用于力学试验及飞行任务,既需要尽量减少力学试验对飞行产品的损伤,降低试验后产品继续用于飞行的风险,又要在首飞前解决对飞行力学环境的适应性问题,避免给运载火箭首飞任务带来灾难性影响。

一、环境适应性设计、验证模式工作实践

1.总体思路

空间飞行器总体力学环境设计是各结构部段、仪器设备环境适应性设计、试验验证的主要依据,设计过程需要大量试验数据作支撑。……