准备好发射
14 Dec 2011
发射可靠的卫星或太空垃圾的残块之间有什么区别呢？许多不同类型的振动 —— 声学测试模拟了最终飞行。
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航天
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自 Brüel & Kjær 于 1943 年推出全球首个电荷加速度计，并进入振动测量市场以来，公司已为市场提供了各种集成解决方案。尤其对于航天工业，Brüel & Kjær 帮助满足了超过四十年的复杂测试分析要求。
卫星测试振动需要一系列解决方案，从而提供重复的可控方式对卫星进行实时模拟测试。可使用电动振动器系统和声学室来复制发射振动和冲击级别，以测试不同的温度、压力和机械应力组合，可更改最轻微的变量。
所有这些测试的共同点是，需同时记录响应加速度计数据的数百个通道。四十年前，我们在印度的国家航太实验室（NAL） 声学测试设施中使用了 2 通道系统、随机噪声发生器、频谱整形器和更多设备，而在现在，数据采集装置必须处理数百个输入通道，在高频下对输入信号进行采样。然后，需要高容量工作站以处理为后处理分析生成的大量数据。
在极高采样频率下，记录数据非常重要，特别对于冲击测量，因为其持续时间非常短。采样频率是一秒钟内的模拟信号的采样次数，最好应超过 250 kHz，从而获取最好的结果。这是因为对于来自爆炸等的冲击，需在很短的时间内测量数据。
类似巴西 INPE 的现代数据采集系统能够处理数百个输入通道。可使用超过 250 kHz 的输入采样频率。单击图像以观看视频O
合格和验收测试
证明卫星的稳定性和耐用性是其建造过程的关键阶段，因此，航空技术拥有全球最为苛刻的振动测试要求。这些严格的测试模式将在设计、开发和生产阶段采用，以建立组件、子系统和完全装配好卫星的坚固性。
| “设计合格测试通常是在完整物理复制品的结构模型上进行的” |
设计合格测试通常是在结构模型上进行的（这是一个完整的物理复制品），从而展示设计可承受住发射期间出现的振动级别，同时在合理的合格范围内。然后，将在实际卫星模型上进行验收测试，确认工艺并确保设备的最终运行令人满意，同时不会在发射期间退化。
因此，卫星合格测试程序 （QTP）与验货测试程序 （ATP） 完全不同。它比 ATP 更加全面，同时仅用于证明设计是否合格。当然，该程序仅会在不离开地面的“双”卫星上进行。QTP 通常包含环境测试，如湿度、振动和冲击测试，而 ATP 是生产测试，以显示结构满足性能规范要求。
为满足所有这些测试要求，公司开发了许多不同类型的测试用于各种应用。
声学测试
毫无疑问，点火期间产生的噪声最大，同时运载火箭和有效负载上的极高声级会出现极大的影响。具有较大表面面积和低质量的卫星子系统对声激励非常敏感，同时会出现极大的结构响应，尤其在低频范围中，从而导致承载负荷本身的临界应力级别。同样，高声学水平可诱发安装在卫星上的敏感电子和光学设备出现过多加速度，如设备面板、天线和太阳能电池板。
在声学测试期间，巨大腔室内的高强度喇叭会产生极高的声压来冲击卫星，以模拟发射环境。声学测试用于诱发测试样品中的动态响应（类似于飞行中的动态响应），并需要氮气以实际驱动喇叭，通常持续两分钟。测试使用了最高 160 dB 的声级，对于不太熟悉的人来说，这可能不算高，但您可能不知道的是，人体的痛阈值约为 120dB，因此在测试期间站在这个房间中明显不是一个很好的主意！粗略比较，160 dB 相当于多架喷气式飞机同时从几米远的地方起飞时发出的噪声。
正弦扫频测试
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| 放大图片 | | 在 ESTEC，类似上图的四振动器系统将使用连接的头扩展器结合四个振动器装置的力到一个装置中，从而提供最多 640kN 的正弦力 |
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正弦扫频测试包含在大型振动器上振动卫星，以找出结构缺陷，并确定在发射之前的装配和测试期间不会出现极大的结构动态变化。卫星测试中通常使用的一种正弦测试为共振搜索。所有结构都有一个发生共振，同时放大振动效果的频率。因此，知道它何时以及出现在卫星的什么地方至关重要。
在共振搜索测试中，机械振动器会以较低振幅振动卫星，并从低频切换到较高频率。这通常会在恒定对数速度下完成。随着振动器的控制系统调高振动器的频率，由此产生的振动将是可以跟踪和测量的。通常，会在随后生成传递率或转移函数图表，显示测试物体的输入信号和实际测量移动之间的任何差别。这一响应和输入之间的比率允许详细记录和存档结构的某个响应。
另一种形式的正弦测试是耐用性测试，其中使用可变频率范围以指定的测试次数或指定的测试时间（通常为小时）振动测试物体。与共振搜索测试一样，本测试不会以声学测试的方式模拟特定真实环境。相反的是，这将以极为可控的预定方式测试材料疲劳，从而反过来帮助精确预计材料性能。
对于更加真实的实际环境模拟，经常会使用宽带随机振动。随机振动将激励定义的频率范围。这里，将对使用共振搜索测试找出的测试装置共振频率进行定期激励，从而一起导致交互并记录结果。
火焰冲击测试
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| 级间分离会发出高频、高振幅冲击脉冲，从而严重损坏敏感设备 |
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在发射过程中，运载火箭、有效负荷和航天器设计经常会使用众多的喷火装置，如在运载火箭分离期间，或太阳能电池板展开期间。这些活动会发射高频、高振幅冲击脉冲，从而严重损坏敏感设备。
通过比较，我们都知道空酒杯上的小缝隙会导致大声响应，这是因为敲击导致的冲击使得玻璃出现共振。与玻璃一样，爆脱冲击很少会损坏卫星结构本身，但对装有敏感设备的结构产生的冲击可轻松导致高频爆脱冲击能量敏感型电子组件出现故障。损坏任务关键组件的情况非常严重，因此需要确定结构对冲击的响应。
冲击响应测试
冲击响应测试对于任务成功非常关键，不仅决定敏感设备能否存活，而且还在设计阶段用于确定卫星在运载火箭上的最佳安装位置。进行冲击测试时，振动器系统或真实爆脱冲击设备将向受测试设备发射持续时间很短的高能量脉冲，同时记录由此产生的动态移动。使用记录的数据来计算“冲击响应谱”。其中包含对单个频率下的脉冲的响应，并深入了解结构对活动所产生的响应。
在实验室条件下如实复制和记录组件的爆脱冲击效果非常困难，因为即使最好的振动器都无法精确模拟爆炸。因此，将测量结构对爆脱冲击的响应，然后将来自峰值加速度的数据进行转换，以显示每个频率下的爆脱冲击的影响。这些简化的条件是单自由度 （SDOF），其中显示了单维度的结构响应，如弹簧上的重量，而不是爆炸脉冲生成的复杂力阵列。
本技术的重要之处在于，它允许机械振动器生成冲击脉冲，以精确重现爆脱爆炸的同一冲击响应谱。同时，当结构出现设计变化时，该结构上的组件将无法承受比之前版本的结构更多的振动。这里，可将新版本的冲击响应谱与旧版本相比较，以预先测试结构。
多年以来，Brüel & Kjær 已开发出技术上先进的解决方案，从而解决了无数的客户问题，并首创和推动了许多行业标准。Brüel & Kjær 提供完整的集成卫星测试解决方案用于振动正弦测试、短和长瞬间测试，以及声学疲劳测试。这覆盖了整个振动 —— 声学测量链 —— 从大力电动振动器系统到放大器、振动控制器和高冲击/振动传感器。Brüel & Kjær 还生产数据采集系统，能够在高采样频率下处理数百个通道以及复杂的分析工具，如冲击响应分析软件。
- 搭配相关滑桌、夹具和放大器的大力 LDS 电动振动器
- 精密振动控制器
- 高冲击振动传感器
- 高速、高通道、模块化数据采集系统
- 数据采集、分析、记录和数据库软件
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