近日,中科宇航力箭二号液体运载火箭增压气瓶减振器特性验证试验取得圆满成功。作为力箭二号增压系统的关键组成部分,增压气瓶的安全性直接关系到飞行任务的成败。在火箭发射过程中,增压气瓶及其管路会经历极为恶劣的力学环境,为了避免增压气瓶及其管路因振动环境发生破坏或密封失效,必须对其进行有效的振动抑制设计。
在设备与振源之间加入由弹性阻尼材料制成的减振器,以降低设备所受的振动量级是航天上常用的减振方法,其本质是一种利用弹性阻尼材料制成的振动阻尼装置,通过材料的屈服、摩擦、变形等方式将振动能量转化为其他形式的能量,从而达到衰减振动的目的。减振器的传递原理如图2所示,设计减振器时,需要根据被减振系统的特点对减振器的固有频率、阻尼和减振效率等参数进行综合设计。
由于力箭二号增压气瓶具备重量大、尺寸大、压力高等特点,因此对其减振器设计提出了较高的要求。在设计增压气瓶减振器时,既要确保减振效率满足要求,又要避免减振器刚度过低引起气瓶管路系统在飞行过程中产生较大位移。为此,力箭二号研制团队根据振动条件、气瓶支架的传递特征以及增压气瓶及其管路系统的特点,结合数值仿真手段开展了气瓶减振器设计分析工作。为验证减振器设计的合理性,依次开展了气瓶减振器标准配重验证试验(见图3)和气瓶减振器系统验证试验(见图4),从单机到系统,逐步对气瓶减振器的传递特征进行验证。
试验结果显示,减振器的刚度设计合理,共振频率符合预期,减振效率优于50%,共振频率处放大倍数小于3,达到设计要求。目前,气瓶减振器已具备定型状态,后续将随火箭舱段参加整舱噪声试验等系统级验证试验。
值得一提的是,凭借多年减振相关设计经验,中科宇航自主研制了多型减振器产品,已应用于力箭系列运载火箭和多个卫星型号,为型号成功飞行做出了积极贡献。