Система и способ моделирования мощного пироудара

Система и способ моделирования мощного пироудара

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение, в целом, относится к испытаниям на удар, и в частности к системам и методам для моделирования мощного пиротехнического удара в испытываемом компоненте или изделии.

Космические аппараты, такие как спутники связи, могут подвергаться нескольким отдельным пироударам в процессе вывода на орбиту. Например, космический аппарат, выводимый на орбиту ракетой-носителем, может подвергаться ударам при отделении от ракеты-носителя стартовых ускорителей и при отделении ее ступеней. Космические аппараты могут также подвергаться удару при отделении космического аппарата от ракеты-носителя и при развертывании подсистем, таких как панели солнечных батарей, когда космический аппарат будет доставлен на орбиту.

Пиротехнические или взрывчатые вещества широко используются при космических запусках для облегчения указанного выше отделения космического аппарата от ракеты-носителя и развертывания его подсистем. Освобождение энергии взрывчатого вещества при отделении космического аппарата от ракеты-носителя и развертывании его подсистем могут привести к возникновению ударного импульса относительно малой продолжительности и высокой амплитуды. Например, ударный импульс может иметь продолжительность от 50 микросекунд до не более 20 миллисекунд. Кроме того, ударный импульс может иметь диапазон частот до 1000000 Гц и пиковую амплитуду (например, ускорение) до 300000 g. Такие ударные импульсы относительно высокой интенсивности могут передаваться чувствительным компонентам и приборам, которые могут быть смонтированы на космическом аппарате и ракете-носителе.

Для обеспечения способности указанных компонентов выдерживать ударные импульсы высокой интенсивности при запуске, отдельные компоненты обычно подвергаются квалификационным испытаниям в лабораторной или другой контролируемой среде. При проведении квалификационных испытаний компонент может быть подвергнут воздействию ударного импульса, моделирующего пироудар, который ожидается в среде эксплуатации (например, на ракете-носителе). Пироудар, подлежащий моделированию, обычно характеризуется заданным или необходимым ударным спектром. Необходимый ударный спектр может быть разработан путем измерения реакции (например, ускорений) конструкции смоделированной или фактической системы на пироудар с использованием реального пиросредства. Например, необходимый ударный спектр может быть разработан путем представления пироудара, передаваемого на спутник связи, установленный на фитинг крепления полезной нагрузки ракеты-носителя. Необходимый ударный спектр может охватывать совокупность всех пироударов, которые возникают в процессе выполнения последовательности полета. Например, необходимый ударный спектр может включать в себя удар, который возникает при отделении ракетных двигателей от ракеты-носителя, удар при отделении обтекателя от ракеты-носителя, удар при детонации пиротехнического болта для освобождения замковой ленты, прикрепляющей спутник к фитингу крепления полезной нагрузки, чтобы позволить спутнику отделиться от ракеты-носителя, а также другие проявления ударов.

Существующие системы и методы для моделирования пироудара при проведении квалификационных испытаний компонента включают в себя использование измеренных количеств взрывчатого вещества на лабораторном оборудовании. Пиросредство может быть прикреплено к конструкции, на которой может быть смонтирован компонент или массовая модель компонента. Пиросредство может быть подорвано в попытке получения ударного импульса, что приводит к реакции ускорения в конструкции, которая дублирует необходимый ударный спектр. К сожалению, ударные импульсы, создаваемые таким методом, могут быть неточными вследствие трудности количественного определения потенциальной энергии, содержащейся в измеренном количестве заряда пиросредства (т.е. взрывчатого вещества). Кроме того, ударными импульсами, создаваемыми реальным пиросредством, может быть трудно управлять, что приводит к продолжительным повторным испытаниям методом проб и ошибок с использованием других количеств взрывчатых веществ до тех пор, пока не будет достигнута реакция ускорения, находящегося в приемлемом диапазоне необходимого ударного спектра.

Более того, поскольку необходимый ударный спектр может охватывать несколько различных проявлений ударов с различным частотным содержанием, испытание с использованием реального пиросредства может привести к чрезмерным нагрузкам при испытании изделия, что, в свою очередь, может привести к повреждению дорогостоящего испытательного оборудования и необходимости в анализе отказов и ремонте, переделке или перепроектировании аппаратных средств с последующим повторением испытания. Уменьшение количества взрывчатого вещества в пиросредстве для предотвращения чрезмерной нагрузки при испытании может привести к недостаточной нагрузке на объект испытаний, где амплитуда ударов будет меньше уровней, установленных для квалификационного испытания. Другой недостаток, связанный с использованием взрывчатых веществ для квалификационных испытаний, заключается в том, что могут потребоваться тщательно разработанные меры для безопасного обращения с такими материалами и их хранения.

Существующие системы для моделирования пироудара могут также включать в себя использование механического удара для создания ударного импульса в конструкции, на которой может монтироваться испытываемый компонент. К сожалению, метод механического удара создает проблемы с точным воспроизведением необходимого ускорения в конструкции от одного механического удара до другого. Кроме того, метод механического удара может - привести к механическим затухающим колебаниям или остаточной реакции на удар в конструкции по окончании первичного ударного импульса. Такое механические колебания не могут проявиться при иных обстоятельствах в фактической структуре полета вследствие поглощения, демпфирования, ослабления или распределения удара, которые могут быть доступны в фактической структуре полета. В этом отношении, такие механические колебания, которые могут возникнуть в ударном методе, могут привести к неточному моделированию пироудара.

Как видно, существует потребность в разработке системы и метода для точного моделирования мощного пироудара с необходимым ударным спектром, который охватывал бы несколько различных ударных событий с различным частотным содержанием. Более того, существует необходимость в системе и методе для моделирования мощного пироудара, которые могут быть прецизионно-управляемы с отличной повторяемостью и невысокой ценой.

Краткое описание

Именно на смягчение остроты вышеизложенных потребностей, связанных с моделированием мощного пироудара, направлено настоящее изобретение, которое при реализации предоставляет систему для моделирования пироудара. Данная система может включать в себя усилитель мощности электрического сигнала, вибратор и резонансную балку. Усилитель мощности электрического сигнала может быть сконфигурирован для усиления переходного сигнала, представляющей необходимый ударный спектр. Вибратор может иметь конфигурацию, обеспечивающую генерирование ударного импульса в ответ на действие усиленного сигнала. Резонансная балка может монтироваться на вибраторе и иметь конфигурацию, обеспечивающую усиление ударного импульса.

В другом варианте осуществления изобретения раскрывается система для моделирования пироудара, представленного необходимым ударным спектром, имеющим по меньшей мере одну частоту сопряжения и интервал допусков. Система может включать в себя усилитель электрической мощности, имеющий конфигурацию, обеспечивающую усиление формы переходного сигнала, представляющей необходимый ударный спектр. Система может дополнительно включать электродинамический вибратор, имеющий якорь и координатную ось. Вибратор может иметь конфигурацию, обеспечивающую генерирование ударного импульса в ответ на действие усиленного сигнала. Ударный импульс может быть ориентирован по существу параллельно координатной оси. Система может дополнительно включать в себя резонансную балку, которая может быть смонтирована на якоре. Резонансная балка может иметь конфигурацию, обеспечивающую усиление ударного импульса таким образом, чтобы по меньшей мере одна точка на резонансной балке имела абсолютное пиковое ускорение, которое по существу эквивалентно ускорению на частоте сопряжения.

Кроме того, описан метод моделирования пироудара, имеющего необходимый ударный спектр. Данный метод может включать шаг генерирования ударного импульса с использованием вибратора, имеющего резонансную балку, смонтированную на нем. Данный метод может дополнительно включать в себя возбуждение резонансной балки в ответ на ударный импульс. Данный метод может также включать усиление ударного импульса по меньшей мере в одной точке на резонансной балке в ответ на возбуждение резонансной балки.

В следующем варианте осуществления описан метод моделирования пироудара. Пироудар может иметь необходимый ударный спектр, включающий частоту сопряжения и ускорение, соответствующее частоте сопряжения. Данный метод может включать в себя шаги генерации переходного сигнала, представляющей необходимый ударный спектр, и усиления сигнала. Усиленный сигнал может быть подан на электродинамический вибратор, имеющий резонансную балку, смонтированную на нем. Данный метод может включать в себя генерирование ударного импульса, приложенного к вибратору в ответ на подачу усиленного сигнала. Ударный импульс может быть ориентирован по существу параллельно координатной оси. Данный метод может, кроме этого, включать в себя возбуждение резонансной балки в ответ на генерирование ударного импульса и усиление ударного импульса в резонансной балке в ответ на возбуждение резонансной балки.

Данный метод может дополнительно включать в себя измерение пикового ускорения в некоторой точке на резонансной балке в ответ на действие ударного импульса и расчет смоделированного ударного спектра на основе измеренного пикового ускорения. Данный метод может также включать в себя регулировку по меньшей мере одного оцениваемого при испытании параметра до тех пор, пока абсолютное пиковое ускорение смоделированного ударного спектра не станет по существу эквивалентным ускорению, соответствующему частоте сопряжения. Оцениваемый при испытании параметр может включать в себя регулировку точки измерения ускорения на резонансной балке. Оцениваемый при испытании параметр может также включать в себя регулировку конфигурации резонансной балки.

Характеристики, функции и преимущества, обсужденные в настоящем описании, могут быть достигнуты независимо в различных вариантах осуществления настоящего изобретения, или могут быть объединены в других вариантах осуществления, более подробную информацию о которых можно получить из следующего описания и прилагаемых чертежей.

Краткое описание чертежей

Эти и другие особенности настоящего изобретения станут понятнее из чертежей, на которых одинаковые цифры относятся к одинаковым деталям по всему тексту и на которых:

фиг. 1 представляет упрощенную схему варианта осуществления системы моделирования пироудара в испытываемом образце, при этом система включает в себя вибратор и резонансную балку для усиления ударного импульса, генерируемого вибратором;

фиг. 2 представляет перспективное изображение варианта осуществления системы, в которой резонансная балка имеет конфигурацию осевой балки;

фиг. 3 представляет вид сверху системы, выполненный по линии 3-3 фиг. 2 и изображающий осевую балку, смонтированную на вибраторе;

фиг. 4 представляет вид сбоку системы, выполненный по линии 4-4 фиг. 3 и изображающий ударный импульс, сообщенный осевой балке;

фиг. 5 представляет вид сбоку системы, выполненный по линии 5-5 фиг. 3 и изображающий высоту осевой балки, превышающую ширину осевой балки;

фиг. 6 представляет собой перспективное изображение варианта осуществления системы, в которой резонансная балка имеет конфигурацию поперечной балки;

фиг. 7 представляет собой вид сверху системы, выполненный по линии 7-7 фиг. 6 и изображающий поперечную балку, смонтированную на вибраторе;

фиг. 8 представляет вид системы сбоку, выполненный по линии 8-8 фиг. 7 и изображающий ударный импульс, сообщенный поперечной балке;

фиг. 9 представляет собой иллюстрацию вида системы сбоку, выполненную по линии 9-9 фиг. 7 и изображающую ширину поперечной балки, превышающую высоту поперечной балки;

фиг. 10 представляет собой перспективное изображение варианта осуществления системы, в которой резонансная балка имеет конфигурацию L-образной балки, включающей в себя осевую балку и боковой элемент;

фиг. 11 представляет вид системы сверху, выполненный по линии 11-11 фиг. 10 и изображающий L-образную балку, смонтированную на вибраторе, и боковой элемент, показанный в виде трубы квадратного сечения;

фиг. 12 представляет вид системы сбоку, выполненный по линии 12-12 фиг. 11 и изображающий L-образную балку, поддерживаемую опорой балки с возможностью скольжения;

фиг. 13 представляет вид системы сбоку, выполненный по линии 13-13 фиг. 11 и изображающий L-образную балку, поддерживаемую опорой балки с возможностью скольжения, и ударный импульс, сообщенный осевой балке;

фиг. 14 представляет график функции ускорения осевой балки от времени в ответ на первый ударный импульс для компоновки, аналогичной той, которая показана на фиг. 2-5;

фиг. 15 представляет смоделированный ударный спектр, основанный на функции ускорения от времени по фиг. 14;

фиг. 16 представляет собой график функции ускорения от времени осевой балки, подвергнутой воздействию второго ударного импульса, аналогичного первому ударному импульсу, показанному на графиках фиг. 14-15;

фиг. 17 представляет смоделированный ударный спектр, связанный со вторым ударным импульсом и основанный на функции ускорения от времени фиг. 16 и иллюстрирующий близкое соответствие смоделированному ударному спектру, связанному с первым ударным импульсом, показанным на фиг. 15;

фиг. 18 представляет график функции ускорения от времени, полученного у нижней части осевой балки фиг. 2-5, имеющий измеряемое пиковое ускорение у нижней части, равное приблизительно 1250 g;

фиг. 19 представляет собой смоделированный ударный спектр, основанный на ускорении в функции времени фиг. 18 и иллюстрирующий абсолютное пиковое ускорение у нижней части, равное приблизительно 2951 g;

фиг. 20 представляет график функции ускорения от времени, измеряемого у свободного конца осевой балки фиг. 2-5, имеющий измеряемое пиковое ускорение у свободного конца, равное приблизительно 2784 g;

фиг. 21 представляет собой смоделированный ударный спектр, основанный на функции ускорения от времени фиг. 20, и иллюстрирующий абсолютное пиковое ускорение у свободного конца, равное приблизительно 6139 g;

фиг. 22 представляет график функции ускорения от времени L-образной балки по варианту осуществления изобретения, аналогичному тому, который показан на фиг. 10-13, и имеющей измеряемое пиковое ускорение, равное приблизительно 13332 g;

фиг. 23 представляет смоделированный ударный спектр, основанный на функции ускорения от времени фиг. 22 и иллюстрирующий абсолютное пиковое ускорение L-образной балки, равное около 30880 g;

фиг. 24 представляет график функции ускорения от времени L-образной балки по варианту осуществления изобретения, аналогичной той, которая показана на фиг. 10-13, и имеющей измеряемое пиковое ускорение, равное приблизительно 11,146 g;

фиг. 25 представляет смоделированный ударный спектр, основанный на функции ускорения от времени по фиг. 24 и иллюстрирующий абсолютное пиковое ускорение L-образной балки, равное приблизительно 50641 g; и

фиг. 26 представляет блок-схему, иллюстрирующую вариант осуществления методологии, включающей в себя одну или несколько операций, которые могут быть реализованы в системе для моделирования пироудара в испытываемом образце.

Подробное описание

Далее рассматриваются чертежи, которые предназначены для иллюстрации предпочтительных и других вариантов осуществления изобретения, в частности на фиг. 1, представлена иллюстрация реализации системы 10 для моделирования пироудара. Система 10 может включать в себя электродинамический вибратор 40 и испытательную установку 10, включающую в себя резонансную балку 102, смонтированную на вибраторе 40 для усиления ударного импульса 54, созданного вибратором 40. Ударный импульс может создаваться в ответ на усиленную форму волны переходного сигнала, передаваемую на вибратор 40 усилителем мощности электрического сигнала 28. Главным образом, благодаря преимуществу механической конструкции, обеспечиваемому резонансной балкой 102, испытываемый образец 150, установленный на резонансной балке 102, может подвергаться точно управляемым мощным ударам высокой интенсивности.

Как показано на фиг. 1, система 10 может включать в себя генератор импульсных сигналов 12, конфигурация которого может настраиваться для генерирования переходного сигнала необходимой амплитуды и продолжительности для достижения необходимого профиля импульса в ударном импульсе 54, генерируемом вибратором 40. Переходный сигнал может иметь продолжительность порядка от нескольких микросекунд до нескольких миллисекунд, как может быть необходимо для моделирования пироудара. В одном из вариантов осуществления данного изобретения переходный сигнал может иметь продолжительность менее 20 миллисекунд, хотя переходный сигнал может быть предусмотрен с любой продолжительностью. Переходный сигнал может иметь множество разных форм, включая, без ограничения, синусоидальную, пилообразную, квадратную, треугольную и другие формы или комбинации форм.

Устройство 14 формирования сигнала может быть включено в систему 10 для преобразования или придания формы сигналу переходного процесса, выдаваемому генератором сигналов 12. Устройство 14 формирования сигнала может включать в себя аналоговый фильтр 16, который может иметь конфигурацию 1/3-октавного фильтра, имеющего движки (например, переменные резисторы) для регулирования амплитуды сигнала с интервалами частот в 1/3 октавы или с другими интервалами частот. Устройство 14 формирования сигнала может также включать в себя цифровой фильтр 18, который может принимать переходный сигнал от аналогового фильтра 16. Цифровой фильтр 18 может быть сконфигурирован как 1/3-октавный цифровой фильтр 18, хотя цифровой фильтр 18 может допускать регулировку переходного сигнала с различными приращениями частоты, отличными от 1/3 октавы.

Цифровой фильтр 18 может включать в себя цифровые движки (не показаны), которые могут отображаться на дисплее центрального компьютера 20, возможно связанный с цифровым фильтром 18. Таким образом, цифровой фильтр 18 может облегчить преобразование выходного уровня переходного сигнала или придание формы спектру переходного сигнала на различных частотах. Например, цифровой фильтр 18 может допускать регулировку выходных уровней переходного сигнала с приращениями в 1/4 дБ на одной или более частотах, как средство управления кривой ударного импульса 54. Центральный компьютер 20 может предоставлять средство для сохранения установок данного спектра переходного сигнала для последующего возврата и использования. Устройство 14 формирования сигнала может функционировать, как усилитель сигнала, и может предоставлять средство для регулировки усиления переходного сигнала, такого, как с приращениями в 1/2 дБ или с другими подходящими приращениями.

В этом отношении устройство 14 формирования сигнала может предоставить средство для расширения динамического диапазона ударного импульса 54, генерируемого вибратором 40. Кроме того, возможность регулирования аналогового 16 и дискретного 18 фильтров предоставляет средство управления ударным спектром резонансной балки 102, и поэтому ударный спектр резонансной балки 102 может поддерживаться в пределах относительно узкого интервала допусков для сведения к минимуму или предотвращения перегрузки испытательного оборудования в процессе испытаний. Таким образом, устройство 14 формирования сигнала повышает точность, контроль и повторяемость испытания на удар.

Как следует из фиг. 1, система 10 может дополнительно включать в себя блок 22 управления, который может быть связан с усилителем 28 мощности и который может принимать переходный сигнал от дискретного фильтра 18. Блок 22 управления может быть сконфигурирован для, облегчения обрезания относительно высоких частот переходного сигнала. Кроме того, блок 22 управления может быть сконфигурирован для обеспечения сглаживания формы переходного сигнала с целью предотвращения отключения (т.е. деактивирования) усилителя мощности 28 или вибратора 40, как это может иметь место при резком или быстром нарастании амплитуды переходного сигнала.

Устройство 30 контроля напряжения, такое как осциллограф или аналогичное устройство может быть также дополнительно включено в систему 10. Контролирующее устройство 30 может быть присоединено к смесителю/отсекателю или основному элементу 24 управления усилением и может предоставлять средство для визуального контроля амплитуды напряжения в сигнале переходного процесса, передаваемом на усилитель 28 мощности. Контролирующее устройство 30 может предоставить возможность пользователю контролировать форму переходного сигнала и уровни напряжения, передаваемые на усилитель 28 мощности. Таким образом, пользователь может регулировать переходный сигнал соответствующим образом для предотвращения передачи излишней мощности на усилитель 28 мощности во избежание перегрузки при испытании.

В систему 10 также включен усилитель 28 электрической мощности, который может включать в себя генератор 26 постоянного тока для подачи постоянного тока на катушку электромагнита 48 вибратора 40. Постоянный ток может создавать статическое магнитное поле, окружающее подвижную катушку привода или якорь 50 вибратора 40. В одном из вариантов осуществления данного изобретения генератор 26 постоянного тока может быть сконфигурирован для генерации постоянного тока до около 300 ампер или более. Кроме того, усилитель 28 мощности может усиливать переходный сигнал и может подавать переменный ток на якорь 50, заставляя якорь 50 двигаться в осевом направлении вдоль координатной оси 56 вибратора 40 в соответствии с частотами и амплитудами переменного тока. В одном из вариантов осуществления данного изобретения усилитель 28 мощности может генерировать переменный ток до около 500 ампер или выше. Предпочтительно, чтобы усилитель 28 мощности можно было сконфигурировать для усиления переходного сигнала с минимальным искажением.

Как показано на фиг. 1, вибратор 40 может быть коммуникативно связан с усилителем мощности 28. Вибратор 40 может поддерживаться парой опор 42, смонтированных на жесткой неподвижной поверхности относительно большой массы, такой, как бетонный пол 44. Вибратор 40 может шарнирно монтироваться на опорах 42 с использованием пары опорных цапф 46, выступающих между вибратором 40 и опорой 42 на каждой стороне вибратора 40. Определенное преимущество обеспечивается тем, что шарнирный монтаж вибратора 40 облегчает регулировку вибратора 40 и испытательной установки 10 в различных ориентациях и положениях для достижения разной реакции резонансной балки, как описано ниже. Вибратор 40 включает в себя катушку электромагнита 48, которая может окружать якорь 50. Якорь 50 может двигаться в осевом направлении вдоль координатной оси 56 вибратора 40 в ответ на приложение усиленного сигнала, сгенерированного усилителем мощности 28.

Испытательная установка 10 может включать в себя резонансную балку 102, установленную на вибраторе 40. Резонансная балка 102 может иметь нижнюю часть 106, непосредственно прикрепленную к якорю 50, таким образом, чтобы резонансная балка 102 и якорь 50 двигались совместно. Определенное преимущество обеспечивается тем, что резонансная балка 102 выполнена с возможностью усиления ударного импульса 54 путем возбуждения резонансной балки 102 в одном или нескольких резонансных режимах, как более подробно описано ниже. Например, резонансная балка 102 может быть сконфигурирована для резонирования преимущественно в продольном режиме, в поперечном или изгибном режиме и/или в крутильном режиме, или в других режимах или в их комбинациях. Режим резонанса или возбуждения резонансной балки 102 может быть функцией конфигурации резонансной балки 102, геометрии, ориентации и позиционирования резонансной балки 102 на вибраторе 40, как описано ниже.

Испытываемое изделие 150 может монтироваться на резонансной балке 102 в некоторой точке, что обеспечивает необходимое усиление ударного импульса 54. В одном из предпочтительных вариантов осуществления данного изобретения усиление ударного импульса 54 является таким, чтобы по меньшей мере для одной точки резонансная балка 102 демонстрировала бы измеренное пиковое ускорение 206, которое превышало бы измеренное пиковое ускорение 206 у нижней части 106 резонансной балки 102. В следующем предпочтительном варианте осуществления данного изобретения резонансная балка 102 сконфигурирована так, чтобы по меньшей мере одна точка на резонансной балке 102 демонстрировала смоделированный ударный спектр 218 (фиг. 15), который по существу сходен с необходимым ударным спектром 208 (фиг. 15). В следующем предпочтительном варианте осуществления резонансная балка 102 имеет такую конфигурацию, чтобы по меньшей мере одна точка на резонансной балке 102 имела абсолютное пиковое ускорение, которое было бы по существу эквивалентным ускорению, соответствующему частоте сопряжения 216 (фиг. 15) необходимого ударного спектра 208. Частота 216 сопряжения ударного спектра соответствует преобладающей частоте условий эксплуатации (т.е. конструкции) в ответ на пироудар.

Необходимый ударный спектр 208 (фиг. 15) может представлять реакцию в виде ускорения на пироудар от реального пиросредства (не показано) в реальных условиях эксплуатации. Например, необходимый ударный спектр 208 может представлять реакцию реальной или смоделированной конструкции летательного аппарата (не показано) на пироудар от реального пиросредства, измеренную поблизости от реальной точки монтажа изделия (например, компонента или сборочной единицы). Необходимый ударный спектр 208 может быть основан на ускорении как функции времени 200 (фиг. 14) условий эксплуатации, подвергнутых воздействию пироудара от реального пиросредства. Более конкретно, необходимый ударный спектр 208 может быть рассчитан из зависимости измеренного пикового ускорения 206 (фиг. 14) от времени 200. Необходимый ударный спектр 208 обычно задается в интервале допусков 214 (фиг. 15). Как показано на фиг. 15, интервал допусков 214 включает в себя верхнюю и нижнюю границы 214а, 214b (например, +/- 3 дБ, +/- 6 дБ,+9/-6 дБ), которые могут определяться на основании требований к программе.

Необходимый ударный спектр 208 (фиг. 15) представляет меру жесткости ударного импульса или повреждающую способность ударного импульса для множества систем масса-пружина с одной степенью свободы (не показаны), каждая из которых имеет резонансную частоту, отличную от других. Необходимый ударный спектр 208 может быть выражен в показателях максимальной абсолютной реакции по ускорению, которая называется максимаксом и определяется как максимальное значение из максимального положительного и максимального отрицательного ускорений. Расчет необходимого ударного спектра 208 основан на выбранном относительном демпфировании, которое обычно равно 5 процентам, хотя необходимый ударный спектр 208 может быть определен с использованием разностного относительного демпфирования. Необходимый ударный спектр 208 может передаваться на установку для испытаний на удар в качестве технических требований к испытаниям, действующих по отношению к испытываемому образцу 150 (т.е. компоненту или сборочной единице) для одной или более целей, таких, как доводочные испытания, квалификационные испытания, летные приемосдаточные испытания или для других целей.

Согласно фиг. 1, система 10 может включать в себя датчик ускорения 60, предпочтительно монтируемый на резонансной балке 102 в непосредственной близости от испытываемого изделия 150 для измерения, записи и/или хранения удара или реакции по ускорению резонансной балки 102 в некоторой точке. Датчик ускорения 60 может включать в себя акселерометр 62, хотя датчик ускорения 60 может быть сконфигурирован в альтернативном варианте осуществления, включая, без ограничения, тензометры, указатели скорости, приборы смещения, лазерные измерители скорости или другие приборы для измерения ускорения. Акселерометр 62 может представлять собой пьезоэлектрический акселерометр или пьезорезистивный акселерометр. Акселерометр 62 может иметь конфигурацию акселерометра с одной измерительной осью. Предпочтительнее, чтобы акселерометр 62 имел конфигурацию акселерометра с тремя измерительными осями для измерения ускорения по каждой из трех взаимно перпендикулярных осей. В этом отношении, акселерометры с одной или тремя измерительными осями 62 могут монтироваться на резонансной балке 102 в процессе определения точек на резонансной балке, имеющих необходимое усиление ударного импульса. Акселерометры 62 могут также монтироваться на резонансной балке 102 в процессе испытаний на удар испытываемого образца 150 после определения точек на резонансной балке, имеющих необходимый уровень усиления.

Испытываемый образец 150 может подвергаться испытаниям на удар для различных целей. Для квалификационных испытаний испытываемое изделие 150 обычно подвергается воздействию трех ударов в каждом направлении (т.е. +/-) для каждой оси (т.е. х, y, z) испытываемого образца 150 с общим количеством ударов равным 18. При воздействии ударного импульса 54, испытываемый образец 150 предпочтительно ориентировать таким образом, чтобы активная ось (т.е. х-ось, y-ось, или z-ось) испытываемого образца 150 была по существу параллельна направлению ударного импульса 54, который, как показано на фиг. 1 по существу параллелен координатной оси 56 вибратора 40. Для летных приемосдаточных испытаний количество ударов, которым подвергается испытываемое изделие 150, может быть уменьшено до одного удара в каждом направлении (т.е. +/-) для каждой оси (т.е. х, y, z) с общим количеством ударов, равным 6, хотя испытываемый образец 150 может подвергаться любому количеству ударов.

Согласно фиг. 1, система 10 может включать в себя систему 58 сбора данных для получения и обработки данных по ускорению, измеренных датчиками 60 ускорения, установленными на резонансной балке 102. В одном из вариантов осуществления данного изобретения система 58 сбора данных может включать в себя блок 64 формирования сигналов. Блок 64 формирования сигналов может обеспечивать питание датчика 60 ускорения и усиливать выходной сигнал датчика 60 ускорения. Система 58 сбора данных может дополнительно включать в себя анализатор спектра или анализатор 66 спектра ударных нагрузок, который может иметь дисплей 68 для визуального отображения результатов ударного импульса, сообщенного резонансной балке 102. Анализатор 66 спектра ударных нагрузок может отображать смоделированный ударный спектр 218 резонансной балки 102 в данной точке. На дисплее смоделированный ударный спектр может накладываться на необходимый ударный спектр с интервалами допусков для обеспечения визуальной индикации точности ударного импульса при моделировании пироудара.

На фиг. 2-5 показана реализация системы 10, в которой резонансная балка 102 сконфигурирована в виде продольной балки 110. Продольная балка 110 имеет нижнюю часть 106 и свободный конец 136, и длинную ось 104, выступающую между нижней частью 106 и свободным концом 136. Нижняя часть 106 смонтирована на якоре 50 таким способом, как механическое крепление нижней части 106 к якорю 50, хотя нижняя часть 106 может быть приварена к якорю 50 или прикреплена к нему иным образом. Например, продольная балка 110 и якорь 50 могут иметь форму единой структуры. В одном из вариантов осуществления данного изобретения нижняя часть 106 может включать в себя переходную плиту 108 для облегчения монтажа продольной балки 110 на якорь 50. Нижняя часть 106 может иметь форму диска, и его форма может дополнять круглую форму якоря 50. Однако может быть предусмотрена переходная плита 108 с одним из многочисленных альтернативных размеров и форм. Независимо от конкретной конфигурации нижней части 106, продольную балку 110 предпочтительно монтировать на якоре 50, таким образом, чтобы продольная балка 110 и якорь 50 оставались в постоянном контакте друг с другом в течение продолжительности ударного импульса 54 и перемещаться как единый блок в ответ на ударный импульс 54.

Длинная ось 104 продольной балки 110 может быть ориентирована по существу параллельно координатной оси 56. Координатная ось 56 представляет собой ось, вдоль которой перемещается якорь 50, и которая является доминирующим направлением, вдоль которого ударный импульс 54 сообщается продольной балке 110. В одном из вариантов осуществления данного изобретения ориентация и конфигурация продольной балки 110 могут быть такими, что ударный импульс 54 возбуждает продольную балку 110 в преимущественно продольном режиме возбуждения, хотя продольная балка 110 может быть возбуждена в других режимах, включая изгибный режим или в комбинации режимов. Будучи возбужденной, продольная балка 110 может иметь пучности (не показаны) в тех точках продольной балки 110, где может происходить усиление ударного импульса 54. Такие точки пучностей повышать или увеличивать энергию ударного импульса. Наоборот, продольная балка 110 может иметь узлы (не показаны) в точках уменьшенного усиления или отсутствия усиления. Такие места расположения узлов могут поглощать энергию ударного импульса.

Испытываемый образец 150 может устанавливаться в любой точке продольной балки 110 и предпочтительно в некоторой точке, которая обеспечивает необходимый уровень усиления ударного импульса 54. Например, на фиг. 2 проиллюстрирован испытываемый образец 150, установленный на зажимное приспособление 154 на свободном конце 112 продольной балки 110, которое может усиливать ударный импульс 54 на коэффициент равный двум или более как более подробно описано ниже. Продольная балка 110 может включать в себя по меньшей мере один акселерометр 62, смонтированный на продольной балке 110 в некоторой точке, близкой к испытываемому образцу 150. Другой акселерометр 62 может быть смонтирован на продольной балке 110 поблизости от нижней части 106 для измерения реакции по ускорению у нижней части 106 для сравнения с реакцией по ускорению продольной балки 110 у испытываемого образца 150.

Фиг. 3 представляет собой вид сверху продольной балки 110, смонтированной на якорь 50 вибратора 40. Хотя продольная балка 110 показана, как в целом, установленная по центру на вибраторе 40, продольная балка 110 может быть смещена от центра вибратора 40. Продольная балка 110 имеет толщину t_A, которая в предпочтительном исполнении не превышает приблизительно половину ширины w_A (фиг. 4) продольной балки 110, хотя продольная балка 110 может иметь толщину t_A, которая не превышает ширину w_A продольной балки 110. Продольная балка 110 может иметь поперечное сечение с прямыми углами, такое, как показанное прямоугольное поперечное сечение. Однако продольная балка 110 может иметь квадратное поперечное сечение (не показано). Более того, продольная балка 110 может иметь поперечное сечение, отличное от прямоугольного, имеющее любую форму или конфигурацию. Например, продольная балка 110 может иметь поперечное сечение, которое может быть по меньшей мере частично искривлено, например круглое поперечное сечение (не показано), приводящее к цилиндрической форме продольной балки 110. В этом отношении, продольная балка 110 может быть предоставлена в любой из множества форм поперечного сечения, которые могут обеспечивать различные уровни усиления в различных точках.

Фиг. 4 представляет собой вид сбоку продольной балки 110, смонтированной на якоре 50 вибратора 40. Продольная балка 110 может иметь высоту па, измеренную параллельно длинной оси 104, и ширину w_A, измеренную перпендикуля