基于时域冲击面积的固体发动机跌落式冲击试验数据处理方法与流程

本发明涉及大型固体发动机跌落式冲击试验技术领域，具体为一种基于时域冲击面积的固体发动机跌落式冲击试验数据处理方法。

背景技术：

导弹在使用过程中会经历一系列冲击事件，主要包括发射冲击、发射架滑落、折叠翼展开、发动机点火、发动机关机及级间分离等。大型跌落式冲击台可以模拟导弹及其附件发动机所承受的非重复性冲击试验，对于大质量试验件的冲击性能考核有着重要的意义。

固体发动机跌落式冲击试验系统的框图如图1所示。其基本原理是利用选择跌落的高度、缓冲垫的材料及厚度来实现不同量级的半正弦波冲击的模拟。冲击试验的采集系统组成包括传感器、数据采集卡、原始数据记录存储及数据处理共四部分。传感器分别位于发动机的壳体和喷管上，冲击试验基准点一般位于冲击台台面或发动机与试验工装的连接处。

冲击信号的特点是时间的作用时间较短，一般在100ms以下；对于冲击信号的时域信息处理，需要标识冲击时域信号的主峰信号的脉宽、冲击峰值等；进一步分析包括频域信号中的冲击响应谱图信息，以便分析发动机响应信号的频率特性及频域的能量分布特征。

冲击信号处理目前遇到及技术问题是，冲击主脉冲的峰值及脉宽标注只能一个通道一个通道的人工峰值标注及脉宽处理，在遇到多次冲击及多通道数据处理时费时费力，且处理结果的标准性较差；其主要原因是正常脉宽是基于零线定义，由于零线漂移，或者冲击波形在起始位置的非标准性，造成脉宽标注的散布性较大，即脉宽标注的标准性较差。

同时，不同脉宽和峰值的冲击强度难以相互比较，除了冲击响应谱处理方法外，希望有一种更直观的比较方法能够在时域上对冲击曲线进行冲击强度比较，如峰值30g，脉宽11ms的半正弦与峰值35g,脉宽8ms的半正弦如何比较呢？

技术实现要素：

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于时域冲击面积的固体发动机跌落式冲击试验数据处理方法。本发明利用循环算法，实现了多通道跌落冲击试验控制通道及响应采集通道的峰值、脉宽批量标注，并自动输出标注曲线，以表格形式给出统计结果。其中脉宽处理采用最小二乘法原理，实现了半正弦波脉宽数据处理的自动化、标准化，解决了人工处理重复性差的问题。而且本发明基于时域冲击面积为特征进行曲线处理，增加不同半正弦波冲击固体发动机跌落冲击试验冲击量级比较的指标，为评定冲击试验严酷度提供新的依据。

本发明的技术方案为：

所述一种基于时域冲击面积的固体发动机跌落式冲击试验数据处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：按照给定的通道数，读入固体发动机跌落式冲击试验中指定通道的数据；

步骤2：按照指定的通道，采用循环方法对各通道数据逐次按照以下步骤进行处理：

步骤2.1：从该通道实测数据中选择设定的响应时段内的数据，找到该段数据的正方向峰值最大值以及负方向峰值最大值，再比较正方向峰值最大值与负方向峰值最大值的绝对值，得到其中较大绝对值的峰值大小及峰值时间；

步骤2.2：采用下面基于最小二乘法原理的方法，确定该通道冲击主波形的脉宽：

步骤2.2.1：根据步骤2.1得到的峰值大小、方向及峰值时间，依据设定的脉宽获取峰值时间两侧半脉宽时间段内的该通道实测数据；

步骤2.2.2：根据步骤2.1得到的峰值大小和设定的脉宽，生成标准的半正弦波曲线，脉宽为标准半正弦波的周期；并根据步骤2.1得到的峰值方向调整半正弦波的朝向；

步骤2.2.3：在半正弦波的周期范围内，统计标准半正弦波和步骤2.2.1中实测数据的差值平方和；

步骤2.2.4：确定半正弦波的周期调整步长和周期调整范围；

步骤2.2.5：根据步长调整半正弦波的周期，依据调整后的周期和步骤2.1得到的峰值大小及方向重新生成标准半正弦波；并再次计算新生成的标准半正弦波和步骤2.2.1中实测数据的差值平方和；

步骤2.2.6：重复步骤2.2.5，得到在周期调整范围内，最小差值平方和对应的半正弦波周期，作为该通道冲击主波形的脉宽；

步骤2.3：采用下面基于冲击曲线的面积积分法，给定该通道冲击波形的严酷度量级评价值：

步骤2.3.1：对步骤2.1中选择的该通道设定响应时段内的实测数据求绝对值，生成响应时段内的新数据；

步骤2.3.2：在步骤2.3.1得到的新数据中选择包含冲击有效波形的数据段；

步骤2.3.3：对步骤2.3.2得到的数据段按照时间进行积分，得到该通道冲击波形的严酷度量级评价值；

步骤3：将步骤2中的计算结果与excel表格相结合，实现输出结果数据的表格表示，且excel表格中标识测点名称、峰值、脉宽及冲击波形面积积分值信息；

步骤4：将步骤3得到的表格信息以及相应的图片信息按照预先设计的word文件模板进行格式处理，自动得到相应的word文件报告。

有益效果

1、本发明实现了固体发动机跌落式冲击试验数据的快速标准化处理。能够实现主要时域特征如冲击数据的峰值、脉宽等信息自动标注；首次采用了利用最小二乘法原理进行半正弦冲击波形脉宽标注的方法；提出了固体发动机跌落式冲击试验的冲击加速度曲线面积值得评价方法，方便了工程研制不同试验条件之间的比较。

2、本发明根据不同文本编辑模板信息，可以按照指定的文本模板自动生成冲击试验曲线报告，能够自动生成表格，对各测点的冲击参数信息进行统计并以报告形式输出。提高了冲击试验曲线处理的效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：固体发动机跌落式冲击试验采集系统框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明利用了跌落式冲击试验系统数据采集的结构特点，提出了一种基于时域冲击面积的固体发动机跌落式冲击试验数据处理方法，并依据该方法利用matlab语言编制了一套数据处理程序，可以实现冲击试验数据的分析处理，并自动生成报告。

本发明利用循环算法，实现了多通道跌落冲击试验控制通道及响应采集通道的峰值、脉宽批量标注，并自动输出标注曲线，以表格形式给出统计结果。其中脉宽处理采用最小二乘法原理，实现了半正弦波脉宽数据处理的自动化、标准化，解决了人工处理重复性差的问题。而且本发明基于时域冲击面积为特征进行曲线处理，增加不同半正弦波冲击固体发动机跌落冲击试验冲击量级比较的指标，为评定冲击试验严酷度提供新的依据。

具体包括以下步骤：

步骤1：按照给定的通道数，读入固体发动机跌落式冲击试验中指定通道的数据；

步骤2：按照指定的通道，采用循环方法对各通道数据逐次按照以下步骤进行处理：

步骤2.1：从该通道实测数据中选择设定的响应时段内的数据，找到该段数据的正方向峰值最大值以及负方向峰值最大值，再比较正方向峰值最大值与负方向峰值最大值的绝对值，得到其中较大绝对值的峰值大小及峰值时间；

步骤2.2：采用下面基于最小二乘法原理的方法，确定该通道冲击主波形的脉宽：

步骤2.2.1：根据步骤2.1得到的峰值大小、方向及峰值时间，依据设定的脉宽获取峰值时间两侧半脉宽时间段内的该通道实测数据；

步骤2.2.2：根据步骤2.1得到的峰值大小和设定的脉宽，生成标准的半正弦波曲线，脉宽为标准半正弦波的周期；并根据步骤2.1得到的峰值方向调整半正弦波的朝向；

步骤2.2.3：在半正弦波的周期范围内，统计标准半正弦波和步骤2.2.1中实测数据的差值平方和；

步骤2.2.4：确定半正弦波的周期调整步长和周期调整范围；周期调整步长不能低于通道采样频率，本实施例中周期调整步长为0.1ms，周期调整范围为10ms；

步骤2.2.5：根据步长调整半正弦波的周期，依据调整后的周期和步骤2.1得到的峰值大小及方向重新生成标准半正弦波；并再次计算新生成的标准半正弦波和步骤2.2.1中实测数据的差值平方和；

步骤2.2.6：重复步骤2.2.5，得到在周期调整范围内，最小差值平方和对应的半正弦波周期，作为该通道冲击主波形的脉宽；

步骤2.3：采用下面基于冲击曲线的面积积分法，给定该通道冲击波形的严酷度量级评价值：

步骤2.3.1：对步骤2.1中选择的该通道设定响应时段内的实测数据求绝对值，生成响应时段内的新数据；

步骤2.3.2：在步骤2.3.1得到的新数据中选择包含冲击有效波形的数据段；

步骤2.3.3：对步骤2.3.2得到的数据段按照时间进行积分，得到该通道冲击波形的严酷度量级评价值；

步骤3：将步骤2中的计算结果与excel表格相结合，实现输出结果数据的表格表示，且excel表格中标识测点名称、峰值、脉宽及冲击波形面积积分值信息；

步骤4：将步骤3得到的表格信息以及相应的图片信息按照预先设计的word文件模板进行格式处理，自动得到相应的word文件报告。

本实施例中依据该方法利用matlab语言编制了一套数据处理程序，可以实现冲击试验数据的分析处理，并自动生成报告。

数据处理程序软件界面主要包含的信息有原始数据存储位置、采集通道数目、通道测点名称、通道采集标注信息、采样频率等数据处理需要的基本信息。数据处理程序可以设置需要处理的通道数目，起始通道及结束通道，并将处理结果按通道顺序自动排列图形，按照测点通道排列图序，并给出图号的测点名称和标注信息，如测点方向、冲击次数及试验名称等信息，大大简化了以往跌落式冲击试验数据处理的繁琐历程。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。