[发明专利]一种确定小卫星光学相机环境试验随机振动功率谱的方法

说明书

本发明公开了一种确定小卫星光学相机环境试验随机振动功率谱的方法，根据小卫星整星产品信息及整星使用力学环境随机振动试验功率谱PSD0，通过计算，获取相机安装面响应功率谱PSD1；根据相机产品信息，获取相机整体及内部组件质量，组件耐受功率谱PSD2；制定相机整体及内部组件工艺随机振动试验功率谱PSD3、PSD4；根据光学相机整体工艺随机振动试验功率谱PSD3，获取光学相机内部组件安装面响应功率谱PSD5。本发明在充分验证光学相机环境适应性、考核工艺筛选的同时，能够有效避免光学相机过设计、过试验，为产品研制的顺利开展奠定基础。

技术领域

本发明涉及一种确定小卫星光学相机环境试验随机振动功率谱的方法，属于小卫星航天环境试验技术领域。

背景技术

小卫星光学相机在交付卫星总体前要进行一系列环境试验考核，环境试验的目的与作用包括两方面，一方面是考核产品的环境适应性，验证产品的设计与采取的制造工艺是否正确和符合质量要求，以确保产品在预定的工作环境下正常工作；另一方面是提高产品的使用可靠性，检验产品的制造质量，尽量在地面暴露元器件、材料及制造工艺中的潜在缺陷，减少早期失效。

目前小卫星总体对于光学相机随机振动试验功率谱的制定是对产品使用可靠性功率谱、环境适应性功率谱的包络。这种光学相机随机振动试验功率谱的制定只是从产品与卫星接口处进行的划分，并未考虑相机系统的复杂性以及其实际生产制造的过程，这就使得产品使用可靠性考核条件完全是基于整个相机系统而制定的。实际试验过程中，光学相机随机振动试验功率谱传递到相机内部组件接口会形成放大，从而增加了对于单机的考核，易对相机造成过设计、过试验。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有试验方法的不足，提出了一种确定小卫星光学相机环境试验随机振动功率谱的方法，旨在解决由于忽略系统复杂性以及实际生产制造过程而带来过试验、过设计的问题。

本发明的技术解决方案是：

一种确定小卫星光学相机环境试验随机振动功率谱的方法，步骤如下：

(1)根据小卫星整星产品信息及整星使用力学环境随机振动试验功率谱PSD0，利用模态叠加法进行整星动力学仿真计算，获取光学相机安装面随机振动响应功率谱PSD1，所述小卫星整星产品信息包括小卫星整星有限元模型、星箭接口位置；

(2)根据光学相机内部组件的产品信息，获取组件的基本力学数据，所述力学数据包括：相机整体质量M0，组件质量M1，相机有限元模型，组件耐受随机振动试验功率谱PSD2；

(3)制定光学相机整体及内部组件工艺随机振动试验功率谱PSD3、PSD4；

(4)根据光学相机整体工艺随机振动试验功率谱PSD3，利用模态叠加法进行动力学仿真计算，获取光学相机内部组件安装面随机振动响应功率谱PSD5；

(5)当PSD5＞PSD2＞PSD4时，以随机振动试验功率谱PSD1作为光学相机设计及环境适应性考核的依据，以随机振动试验功率谱PSD4作为光学相机内部组件工艺检验考核的依据。

进一步的，所述步骤(1)中，小卫星质量在100～1000Kg，模态叠加法中模态截止频率覆盖随机振动试验功率谱PSD0整个频段。

进一步的，所述步骤(1)、(4)中，采用的模态叠加法主要包含以下内容：

利用坐标变换对运动方程解耦，得到相互独立的运动方程组；

利用杜哈梅积分对响应进行求解，得到广义坐标下的动响应计算公式

其中，[M]为质量矩阵，[C]为结构阻尼矩阵，[K]为结构刚度矩阵，{f}为广义力，{u}为广义坐标系下结构响应，为响应速度，为响应加速度，φ_i为各阶模态，ξ_i为主坐标系下结构响应。