薄壳活动药柱固体发动机模态参数测试方法与流程

本发明属固体发动机模态试验技术领域，具体涉及一种薄壳活动药柱固体发动机模态参数测试方法。

背景技术：

模态试验是测试试验产品动态特性的主要途径。通常是施加给试验件一定的激励力，采集产品上的响应，通过专用的模态参数分析软件，可以获得产品的动态特性参数。但在涉及具体的试验件时，其测试方法又各有区别。薄壳活动药柱战术小型固体发动机是一种导弹武器的新型动力装置，包括发动机薄壳16，发动机薄壳16内自发动机前封头9至发动机后封头13依次装有发动机浇铸药柱或活动药柱10、发动机药柱结合部11、发动机活动药柱12，发动机喷管14安装在发动机后封头13上，发动机后封头13外侧面为发动机后裙端面15，发动机前封头9外侧面为发动机前裙端面17；针对此种薄壳活动药柱战术小型固体发动机来说，其结构特点是，发动机壳体相比普通发动机壁厚非常薄，壳体厚度甚至小于1毫米；其次，常规的发动机采用浇铸药柱，而该薄壳活动药柱战术小型固体发动机采用活动药柱，增加了模态测试的复杂性；最重要的是，由于活动药柱受重力影响会产生一定变形，因而在不同象限表现出对模态参数存在着不同的影响，模态试验结果表现出与重力有一定的相关性。基于薄壳活动药柱战术小型固体发动机的以上特点，需要采取相应的模态测试技术措施来克服该试验件给模态测试带来的不利影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述的技术问题而提供一种薄壳活动药柱固体发动机模态参数测试方法，用以解决薄壳活动药柱战术小型固体发动机的模态参数测试过程中出现的模态结果振型不稳定、模态测试函数散布大以及活动药柱带来的模态参数受重力影响测试结果重复性差等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种薄壳活动药柱固体发动机模态参数测试方法，包括步骤：

1)采用激励力锤对橡皮绳悬挂的薄壳活动药柱固体发动机轴向前后裙端部激励；

2)在该薄壳活动药柱固体发动机沿轴向象限方向均匀分布多圈响应测点，多圈响应测点的布置应可显示出该薄壳活动药柱固体发动机的弯曲模态及呼吸模态；

3)一次性测试全部测点的测试传递函数，并使测试传递函数保持高相干性；

4)在全部测试传递函数的基础上，利用最小二乘复频域法拟合模态参数，获得模态参数结果；

5)利用模态振型特征整体性判定模态参数测试结果的正确性。

其中，所述响应测点为8圈。

在测试过程中，若利用模态振型特征整体性判定模态参数测试结果不正确，则进行以下步骤：

首先排查测试传感器的参数设置是否正确，其次检测测试线路连接是否正常，然后重新按步骤1)-5)的步骤测试，直至模态振型特征表现出整体性。

其中，检测所述测试传感器的参数设置是否正确包括检测测试传感器的灵敏度及方向定义。

其中，所述弯曲模态包括前三阶弯曲模态，所述呼吸模态包括一阶呼吸模态。

所述薄壳活动药柱固体发动机的悬挂频率小于薄壳活动药柱固体发动机一阶模态频率的1/3。

本发明能够有效地降低力锤激励对测试结果的影响、提高模态测试结果稳定性，解决了薄壳活动药柱战术小型固体发动机的模态参数测试中模态参数定阶困难、模态频率重复性差及振型易变的技术难题，且该方法具有较强的可操作性和实用性。

附图说明

图1是本发明所涉薄壳活动药柱战术小型固体发动机结构示意图；

图2是本发明所涉及的模态试验测试系统结构图；

图中：1.激励力锤，2.数据采集设备，3.仪器台面，4.模态分析系统，5.薄壳活动药柱固体发动机，6.橡皮绳，7.测试传感器，8.测试线。

具体实施方式

下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局限于所列的实施例。

参见图2所示，本发明的薄壳活动药柱战术小型固体发动机模态参数测试系统，包括激励力锤1，数据采集设备2，模态分析系统4，测试传感器7，测试线8；模态分析系统4与数据采集设备2信号连接，数据采集设备2通过测试线8与测试传感器7信号连接，数据采集设备2与激励力锤1连接。数据采集设备2、模态分析系统4安装在仪器台面3上，待测试的薄壳活动药柱固体发动机5用橡皮绳6悬挂在空中。

所述激励力锤1、数据采集设备2、模态分析系统4、橡皮绳6、测试传感器7及测试线8，均可市场购买配套，组成一套完整模态试验测试系统。

按照薄壳活动药柱战术小型固体发动机的质量选择合适的橡皮绳6，使得薄壳活动药柱固体发动机的悬挂频率小于薄壳活动药柱固体发动机一阶模态频率的1/3。安装测试传感器7并连接测试线8至数据采集设备2，连接激励力锤1至数据采集设备2。

调试测试系统，设置相关试验参数，使模态试验测试系统处于待试状态。然后采用如下步骤进行测试：

1)采用激励力锤进行轴向激励，激励部位为薄壳活动药柱固体动机前后裙端部轴向；

2)在薄壳活动药柱固体发动机(即薄壳活动药柱战术小型固体发动机)沿轴向象限方向均匀分布8圈响应测点；测点的布置有利于显示出薄壳活动药柱固体发动机的弯曲模态及呼吸模态；

由于受固体发动机药柱阻尼特性的影响，测点响应的振动高阶模态振动迅速衰减，一般测点布置要有利于显示前三阶弯曲模态及一阶呼吸模态。

3)一次性测试全部传递函数，并确保全部传递函数高的相干性；

测试过程中，注意观察测试传递函数的相干性，根据按实验要求而预设的高相干性判定规则，及时更换相干性差的测点传感器，保持高相干性的测点传感器，或根据试传递函数相干性指示，排出测试故障；要一次测试所有响应点的测试传递函数，如测试通道限制，至少须满足一次测试薄壳活动药柱固体发动机所有响应测点径向传感器方向测点。

4)在全部测试传递函数的基础上，利用最小二乘复频域法拟合模态参数，获得模态参数结果；

由于存在活动药柱，薄壳活动药柱战术小型固体发动机的模态参数结果表现形式为复模态形式，因此，选择具有复模态特征识别能力的最小二乘复频域法识别方法拟合模态参数，获得模态参数结果。

5)结合模态振型特征整体性判定模态测试结果的正确性，即模态测试结果是否正确。

由于模态测试振型结果应表现出发动机的整体特性，因此需将模态振型整体性作为判断薄壳活动药柱战术小型固体发动机的模态参数测试质量的主要依据。模态振型整体性是指模态振型不允许跳变、局部点振型异常尤其是激励力锤激励部位振型异常，要根据模态振型的整体性判断是否需要重复1)-5)步的测试过程。

在测试过程中如出现测点振型表现异常，即非整体性振型。须首先排查测试传感器参数设置，包括灵敏度、方向定义是否正确，其次检测测试线路连接是否正常，包括测试接头的松动及破损。剔除异常点后重新测试，直至模态振型特征表现出整体性。

在步骤1)-5)步的每一步实施要求都正确实施之后，即可获得准确的薄壳活动药柱战术固体发动机模态参数。

所述模态振型特征表现出整体性或非整体性，可以根据按实验要求而预设的模态振型特征的整体性或非整体性判断规则来判断，本说明书对如何判断不再说明。

本发明测试方法的第一个优点是，由于薄壳发动机径向刚度小，采用轴向端部激励避免了径向激励干扰大的缺点。如采用径向激励则会带来较大的非线性影响，直接导致测试结果振型的多变性，给模态定阶判断造成困难；同时发动机药柱为活动部件，在不同的径向象限激励，会造成药柱重力引起的压力分布发生改变，造成测试结果的重复性差，采用轴向端部激励可避免出现干扰药柱重力分布，从而确保了模态测试结果的重复性。

本发明测试方法的第二个主要优点是利用振型整体特征来判断模态测试结果正确性，避免了测试结果质量不高而结束了模态测试。由于模态参数测试可重复进行，因此如何判断模态测试正确性是模态测试的关键。本发明测试方法提供了判断薄壳活动药柱战术小型固体发动机的模态参数测试结果是否正确的方法。

本发明测试方法解决了薄壳活动药柱战术小型固体发动机的模态参数测试中模态参数定阶困难、模态频率重复性差及振型易变的技术难题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。