在离地升空和飞行期间,航天器运载火箭会经受多种振动声学问题的挑战。为了使火箭达到更高的推力和更远的里程,推动动力越来越强劲,也相应产生了越发强烈的噪声激励源。
这种强烈的声负载会激励运载火箭结构以及嵌入内部的有效载荷和设备。因而,在所有运载火箭部件的设计过程中,肯定要对振动声学行为进行设计及治理,这一点对确保航天器部件的安全性至关沉要。
从前五十年间,空中客车防务与航天公司一向在提供靠得住的系统,从电子元件到齐全的无线电通讯转播平台、科学卫星甚至载人航天器。这些产品系列的关键通用部件是太阳能电池帆板。太阳能电池板掌管供电,以便卫星传感器、电子设备及推动系统可能正常工作。
太阳能电池板在发射器整流罩中在发射阶段用怪异的约束折叠起来,尔后在各类工作阶段被发展。为了减轻沉量,太阳能电池组使用尽可能轻的资料,而太阳能电池板的面积须尽可能大以保障电力供给。
在离地升空期间,这些轻质的关键结构会接受强烈的载荷,因而工程师必要对结构进行验证,以确保它们可能接受此类振动,并且不会出现有可能故障太阳电池板正确发展的残留缺点。
从前,通常是在混响室中对太阳能电池设计的结构行为进行实物试验,用扬声器再现强烈的离地升空声学环境,同时丈量在电池上的振动级和应变。在无数情况下,由于造作样机的成本所限,工程师无法进行设计比力,因而初版往往选取守旧设计。设计时的难点在于,在优化结构设计以减轻沉量的同时,还要确保结构的齐全性。

图1. IABG混响室中的通讯卫星,空中客车防务及与航天公司2017年版权所有
空中客车防务与航天公司的工程师通过使用 MSC Nastran 和 Actran 的步骤来预测太阳能电池板在离地升空时的振动声学响应。用 MSC Nastran 推算太阳能电池板的模态频率和振型;同时用 Actran 对复杂的声学耗散和传布进行建模以丰硕结构模型,并对作用在折叠起来的太阳能电池帆板上的声学载荷环境进行建模。
太阳能电池帆板在折叠时,各层之间会形成薄空气层。对这些空气层进行建模对于确保可能正确预测终振动有着沉要的意思。现实上,这些空气层起到了减震器的作用,显著影响了各个电池板的振动。
此表,由于这些空气层的尺寸很。负撩祝,因而会产生粘热耗散,从而影响声波的传布。Actran 中蕴含了多种数值建模技术,能够对这些影响进行建模并正确预测终响应。

图2. 太阳能电池板振动谱,对空气夹层的影响

图3. 太阳能电池板振动频谱,对电池板层间空气粘性的影响进行建模

图4. 太阳能电池板振动频谱,对电池板蜂窝结构的影响进行建模
通常选取夹层结构来减轻沉量、增长结构强度,并以碳纤维加强塑料面板覆盖铝蜂窝芯结构。由于 MSC Nastran 的结构建模能力可正确地表述此类复杂的复合伙料结构,因而选取 Actran 对覆盖有碳纤维面板的蜂窝结构对太阳能电池板结构周围的声波传布所产生的影响进行建模。Actran对孔的建模能力能够模仿各向异性的声学传布以及特定的消散个性,这重要影响太阳能电池板在低频区的振动声学响应。
折叠电池板在装置状态下固定到卫星上。卫星主体同时是一个离太阳能电池阵列很近的声学反射面,同时也会遮挡声波直接接触太阳能电池阵列。在典型的尝试中,使用卫星侧墙模仿器(SSS)支持太阳能电池阵列,沉造一个电池阵列真实的环境。数值模型中通过在太阳能电池板左近成立一个反射面模型进行模仿。
将平面波叠加所产生的扩散声。―SF)激励利用到模型上,用以暗示声学环境。
不仅 Actran 的了局与整个有关频率领域内的尝试了局吻合,并且还能通过 Actran 后处置的输出云图来确定电池板上最大加快度和最大应变的地位。

图5. 混响室试验设置

图6.振动声学模型概览

图7.太阳能电池板加快度功率频谱

图8.太阳能电池板应变功率频谱

图9. 太阳能电池板加快度功率频谱
空中客车公司是航空、航天以及有关服务商,2017 年的综合收入为 668 亿欧元?罩锌统倒究商峁┐ 100 到 600 个以上座位的客机机型?罩锌统倒疽彩桥分薰└,可提供加油机、战斗机,运输机以及各类工作飞机。在直升机领域,空中客车公司可在全球领域内提供高效能的民用和军用旋翼机解决规划。