автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.07, диссертация на тему:Разработка и исследование схем и приспособлений для вибрационных испытаний крупногабаритных отсеков ракет

РГБ ОД 1 Н АВГ 1995

Для служебного пользования, экз.

На правах рукописи

ЕВСТИГНЕЕВ Сергей Леонидович

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМ II ПРИСПОСОБЛЕНИИ ДЛЯ ВИБРАЦИОННЫХ ИСПЫТАНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ОТСЕКОВ РАКЕТ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 05.07.07 - "Контроль и испытание

летательных аппаратов и их систем*

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск, 1995

- г -

Работа выполнена в Государственном ракетном центре "КБ им. академика В.П. Макеева*

Научный руководитель

кандидат технических наук Прохоров Я.А.

Консультанты:

кандидат технических наук, доцент Масленников С.П.{ кандидат технических наук, доцент Васильев В.Д.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Кефер Л.А.;

кандидат технических наук Юрлов А.Г.

Ведумая организация

Зашита состоится

/-Г, 00\

- НПО "Искра", г. Пермь.

</.'-1995 года.

в / ч ^ 'НККгна заседании диссертационного совета К 053.03.ОХ в Челябинском государственном техническом университете (454080, г. Челябинск - 60, пр. им. В.И. Ленина, 76).

Отзыв в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просим выслать по адресу: 454080, г. Челябинск-80, пр. им. В.И. Ленина,'76, ЧГТУ, ученому секретарю диссертационного совета К 053.03.01.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке аэрокосмического факультета. ,

■Л" ' И- (О А1<

Автореферат разослан

3_1995 года.

Ученый секретарь диссертационного совета К 053.03.01

В.М. Мищенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Различные механические конструкции в эксплуатационных условиях испытывают воздействия вибрационных, акустических, импульсных, нагрузок.

Возникающие при воздействии вибрации инерционные силы могут вызвать напряжения, пррвыиаииие предел прочности конструкции или относительные перемещения деталей в недопустимых пределах. Под влиянием длительно действующих инерционнцх сил появляются усталостные разрушения материала: по данным СИД 60 - 80% поломок авиационной техники вызываются именно усталостными разрушениями материала конструкций. Около 70 - 80\ отказов изделий 8 машиностроении являются результатом действия вибрации.

Трудности теоретического решения вопросов, связанных с вибрационным нагружением конструкции, столь велики, что, как правило, необходима экспериментальная отработка, где проверяется фактическая несуцая способность, стойкость и устойчивость аппаратуры к вибрационному воздействию посредством лабораторных виброиспытаний.

В литературе а настоящее время рассмотрены, в основном, лабораторные испытания изделий массой до 50 - 100 кг на воздействие, как правило, гармонической вибрации, где используются конструктивно простые приспособления.

В настоящее время к испытательной оснастке для лабораторных испытаний предъявляются требования жесткого закрепления изделия на столе вибровозбудителя с помощью приспособления минимальной массы, обеспечивающего отсутствие резонанса в диапазоне частот возбуждения. При испытаниях крупногабаритных объектов это осуществить практически невозможно, так как требования по жесткости могут реализоваться только При недопустимо больной массе приспособления.

Приспособление оказывает существенное влияние на нагружен-ность объекта испытаний. Для обеспечения эксплуатационной на-груженности изделий в лабораторных условиях необходим учет этого влияния и использование специально спроектированных приспособлений, сводящих его к минимуму.

Очевидно, чем точнее будут имитироваться при аиброиспыта-ниях реальные нагрузки, тем полнее и достовернее будет информация онагруяенности конструкции изделия при эксплуатации. Поэ-

Реализация работы. Полученные в диссертации методики использованы при расчетной оценке нагруженности изделия в конкретных испытательных установках и для выбора требуемых параметров испытательной оснастки в Государственном ракетном центре "КБ им. академика В.П. Макеева" и на родственных предприятиях отрасл^. .

Апробация работы. Результаты работы докладывались на научно-технической конференции "Динамика и прочность конструкций" / Челябинск - 1982/; на Всесоюзной конференции "Динамика маыин и рабочих процессов" / Челябинск - 1983/; на Всесоюзных отраслевых совещаниях "Динамические нагружения, методы и режимы виброиспытании изделий" / Ииасс - 1978, Днепропетровск -1984, Ленинград - 1986, Пермь - 1988, Миасс - 1990 /, на втором российско-китайском симпозиуме по космической науке и технике / Самара - 1992/.

Осн.овн.ое содержание диссертации опубликовано в 26 работах (12 отчетов по испытаниям, 3 научно-технических отчета, 6 статей, 5 авторских свидетельств).

Объем', работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованных источников и содержит 122 страницы, 54 рисунка, 10 таблиц и библиографию из 100 наименований.

На заииту выносятся:

метод и алгоритм проектирования испытательной оснастки для вибрационных испытаний крупногабаритных сложных изделий большой массы;

' метод испытаний изделий на воздействие широкополосной случайной пространственной вибрации;

результаты экспериментальных исследований нагруженности изделий в испытательных установках с различными приспособлениями;

анализ результатов экспериментов, рекомендации и требования к испытательной оснастке.

тому вопросы обеспечения соответствия реализуемых в лаборатории эксплуатационных вибрационных нагрузок являются актуальными в настояцее время.

Целью диссертационной работы является исследование влияния испытательной оснастки на результаты испытаний и разработка методики проектирования приспособления для испытания конкретного объекта с учетом указанного влияния.

Научную новизну работы составляют: результаты экспериментальных исследований нагруженности • изделий в испытательных установках с различными приспособлениями и их анализ, которые позволили сформулировать требования к испытательной оснастке; "

метод и алгоритм проектирования испытательной оснастки для вибрационных испытаний крупногабаритных сложных изделий большой массы;

метод испытаний изделий на воздействие широкополосной случайной пространственной вибрации СЫСПВ).

П.рактическая ценность диссертации заключается в следующем:

теоретические исследования и проектирование испытательной оснастки на стадии подготовки эксперимента по разработанной методике позволяют с минимальной погреыностью реализовать требуемый режим магружония сложного крупногабаритного изделия большой массы и, следовательно, сократить сроки испытаний и затраты на них за счет сокращения объема экспериментальных исследований испытательной оснастки и ускорения формирования режима испытаний;

предложенные схемы и стенды испытаний изделий на простран-

' «

ственное широкополосное случайное вибрационное воздействие по-.зеоляют реализовать пространственные эксплуатационные вибрационные нагрузки и сократить длительность лабораторных испытаний;

спроектированная по предложенной методике испытательная оснастка уменьшает ненормированные нагрузки на испытательное оборудование, обеспечивая его сохранность при работе, а номинальном режиме.

- * -

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко обоснована актуальность темы диссертации, охарактеризованы основные проблемы,' возникающие при вибрационных испытаниях крупногабаритных отсеков ракет, отмечены основные направления исследований.

В первой главе рассмотрено современное состояние исследований по проблемам вибрационных испытаний сложных крупногабаритных изделий маииностроения и обеспечения при лабораторных испытаниях эксплуатационной погруженности изделий.

Проведен аналитический обзор схем испытаний отсеков ракет в соответствии с этапами эксплуатации. Приведены параметры нагрузок, действующих на ракету на основных этапах ее эксплуатации. Нагрузки поделены на низкочастотные и высокочастотные, требующие различного оборудования и схем испытаний.

Кратко описаны основные части испытательной установки и их параметры, влияюцие на качество воспроизведения эксплуатационных нагрузок на испытуемом объекте. Обосновано проектирование приспособления с заданными характеристиками как передаточного звена от вибровозбудителя к объекту испытаний. Охарактеризованы схемы испытаний отсеков ракет на основные случаи эксплуатации. Рассмотрены основные требования к испытательной оснастке, предъявляемые действующими .нормативами, и методики проектирования приспособлений. Отмечены недостатки существующих методик и на результатах испытаний показано влияние приспособлений на нагруженность ракетных конструкций. Описан вид приспособлений, используемых для вибрационных испытаний крупногабаритных отсеков ракет на основные случаи эксплуатации.

Определены основные задачи диссертации, обусловленные актуальностью проблемы исследования и направленные на совершенствование методики проектирования приспособлений для испытаний с целы» обеспечения более точного, соответствия условий лабораторных испытаний условиям эксплуатации изделий ракетной техники.

Вторая глава посвящена разработке и исследование схем испытаний крупногабаритных ракетных конструкций на воздействие низкочастотной вибрации, имитирующей транспортировку ракет и ее отсеков. В ней рассмотрены расположение и аакреаде-

a) ö)

Рис. I

нив перевозимых конструкций на транспортном агрегате. Проанализированы схемы испытаний. Выявлены их возможности в обеспечении требуемой нагруженкости.

Проведены исследования влияния характеристик приспособлений на резонансные частоты испытательной установки и, следовательно, на нагруиенность испытуемых изделий.

Рассмотрены схемы транспортировочных испытаний крупногабаритных отсеков ракетной техники (рис. I).

Одна из широко применяемых схем испытаний изображена на рис, 1а (шарнирная схема), где показано: 1 - объект испытаний, 2 - устройство вывешивания (опирания), 3 - приспособление для нагрунения, 4 - вибровозбудитель, 5 - опорный шарнир.

При двухточечной схеме возбуждения (рис. 16) в двух сечениях испытуемой части ракйты с приспособлением прикладываются вибрационные нагрузки.

Шарнирная схема испытаний имеет те преимущества, что позволяет относительно просто, с использованием одного электрогидравлического аибровозбудителя, реализовать случайный процесс транспортной вибрации, при этом изменение ускорений по длине отсека, близкое к натурному мояет быть реализовано путем выбора необходимой длины С приспособления 3. Однако; при этом появляется опасность возбуждения иэгибных тонов колебаний испытуемого объекта с приспособлением, которые отсутствуют при транспортировке ракеты.

Для исследования области параметров, в которых данная схема работоспособна, разработана ее расчетная модель (рис. 2).

Рис. 2

В общем случае расчетная модель позволяла учесть изгибные колебания отсека ракеты совместно с приспособлением ("балка Тимощенко" с осцилляторами), упругость вибровозбудителя Сь» люфт в шарнире. Перечисленные факторы рассматривались совместно и раздельно. Расчетная модель проверялась экспериментально, при этом для оценки жесткости вибровоэбудителя использовался дополнительный вибровозбудитель, а штатный выполнял роль упругой связи.

Испытания отсека ракеты на воздействие случайной вибрации, имитирующей транспортные нагрузки, осуществлялись по схеме рис. 1а. Усилие от вибровоэбудителя прикладывалось в точке Я, формируя уровень виброускорений в точке В с заданной нормированной спектральной плотностью (рис. 4, линия 3). При абсолютно жесткой конструкции корпуса отсека и приспособления в любом сечении корпуса значения нормированной спектральной плотности одинаковы. Контроль режима нагружения осуществлялся в сечении 3 (рис. 3) в частотном диапазоне 2-30 Гц. При этом в других сечениях, расположенных правее сечения 3, на частотах изгибных колебаний спектральная плотность виброускорений ниже требуемого уровня (рйс. 4, линия 7) ив узле изгибных колебаний ее уровень равен нулю. Уровень спектральной плотности виброускорений в районе частот упругих колебаний балки в сечениях объекта левее точки контроля режима нагружения превышает необходимый уровень нагрузок, определенный без учета упругих колебаний.

Результаты расчетного определения собственных частот испытуемого отсека с приспособлением в стенде с использованием моделей, учитывающих различные характеристики испытательной установки, и их экспериментальное подтверждение приведены в табл. 1 и

л

на рис. 3. Первый тон обусловлен колебаниями объекта как обсо-лютно твердого тела на вибровозбудителе, как упругом элементе. Второй - изгибный тон колебаний удлиненного отсека ракеты с приспособлением.

В результате исследования установлено, что изгибные колебания конструкции могут накладывать существенные ограничения на схему испытаний, т.к. они увеличивают уровень вибрации в определенных сечениях изделия, что не,позволяет реализовать требуемое распределение ускорений по длине отсека ракеты и' идентичность нормированной спектральной плотности виброускорения.в любом сечении объекта испытаний (рис. 3,4).

Таблица 1

Результаты расчетов и экспериментов

Характеристика

| Модель 1

I----:----1----

|Изгибная жесткость отсека (Учитывается |Жесткость вибровозбудителя|Бесконечна

|Зазор о шарнире | 0

|Первый тон колебаний, Гц | 27,2/23,5

| (расчет./эксперим.) |

|Второй тон колебаний, Гц | 79,1/ -

| (расчет./эксперим.) |

I.......... ——. „ I, „ .. .........

Модель 2 | Нодель 3 -----4-

Учитывается(Учитывается 8*10' Н/м | 8*10'' Н/м

0 | 0,2 мм 12,8/11,4 |

I

71,5/ - | 49,0/40,0

А

0.5

Второй тон колебаний

Первый тон колебаний

приложения усилия возбуждения

Рис. 3

С.<2В

20

10

V 5 ! \ ! % 5 /* ✓ ч 1 \ V О - V )-

1 ! | хд

! ! \ ч. / \ 'Л

требуемая

спектральная плотность

£доп • £упр.кол £,Гц • Рис. 4-

Расчет частот собственных колебаний отсека совместно с оснасткой позволил оценить область частот Гдоп. (рис. 4), в коброй оснастка не вносит заметных отклонений в режим испытаний, что было подтверждено в дальнейшем испытаниями на воздействие случайной вибрации.

Изгибные колебания в диапазоне частот возбуждения изменяют нагруженность изделия в относительно большой области режима на-груженйя: до 20-50% частотного диапазона. В сложных изделиях ракетной техники практически всегда находится элемент, который Имеет резонансную частоту в указанных 20-50% диапазона частот яозбуждения, что говорит о невозможности оценки эибропрочности этого элемента при рассматриваемых испытаниях.

При однонаправленном низкочастотном вибрационном нагруже-нии крупногабаритного изделия возбуждается вибрация в ортогональных направлениях. Для рассматриваемых конструкций граничные значения боковой вибрации приведены в табл. 2.

Таблица 2

Соотношения уровней вибрации по среднему квадратическому отклонению в ортогональных возбуждению направлениях при лабораторном однокомпонентном вибрационном воздействии на случаи транспортирования ракет (по отношению к направлению возбуждения)

Случай испытания

Транспортировка по координатным направлениям

Направление возбуждения по оси изделия

1----1

Уровень вибрации, %

X V

' г

8,2 8,0 12,5

47,3

44.2

37.3

На рис. 5 приведены типичные формы графиков спектральных пиотностей виброускорений по трем координатным направлениям при однокомпонентном нагружении ракетных конструкций на случаи транспортировки.

Рис. 5

Анализ результатов низкочастотных испытаний конструкций по исследованным схемам (рис. 1а,б,в,г) показывает, что уровень ортогональных составляющих вибрации достигает 20-25 % от направления возбуждения,, что необходимо учитывать при оценке долговечности испытуемой конструкции.

В эксплуатации уровень ортогональной вибрации составляет 30-70 в связи с чем остается актуальной задача создания трехкомпонентных вибростендов. Примеры многокомпонентных стендов и схем испытаний также даны в главе 2.

В третьей главе рассмотрены условия лабораторных испытаний ракетных конструкций на воздействие высокочастотной вибрации, сформулированы требования к приспособлениям для испытаний крупногабаритных объектов, выявлено их влияние на нагруженность этих объектов, разработаны схемы и стенды пространственного нагружения.

Отсеки ракет на случаи полета испытываются по схемам рис. 1в,г. Колебания создаются электродинамическими вибрационными установками, обеспечивающими высокочастотное широкополосное случайное воздействие. Для возбуждения требуются большие и жесткие приспособления, которые существенно ограничивают передачу нагрузок на испытуемые отсеки ракет. В геометрически подобных конструкциях низшая резонансная частота обратно пропорциональна изменению геометрических размеров: с увеличением габаритов приспособления уменьшается его резонансная частота.

С целью определения возможности реализации требуемых условий испытаний проведены необходимые расчёты и проанализированы результаты экспериментов.

Для расчета была принята упругомассовая модель (рис. б), соответствующая выбранной схеме испытаний (рис. 1в). В модели переходник 3 (рисЛв) представлен двумя массами raj и mi (рис. 6) и жесткостью Си между ними.

Система ВыВешийаниЯ

OSscxm испытаний. ■ iIpucnocahSHus

bl/SpO&Olfiy^UMBRь

Рис. б

Использованная расчетная модель применялась для опенки передачи вибрационного воздействия в низкочастотной области (до 400 Гц), при этом в нироких пределах варьировались параметры переходника - масса и жесткость (параметры raj, raj, С»»), а также жесткость Сз* стыка приспособления со столом вибр^возбудигеля»

Проведенные расчеты показали; чтр приспособление может оказывать существенное влиянио на нагруженность объектов, изменяя положение собственных частот колебаний элементов испытываемой конструкции и величину нагруженности.

Проведена экспериментальная проверка расчетов установки, собранной согласно расчетной схеме (рис. б). Полученные экспериментально собственные частоты колебаний элементов испытательной установки отличались от расчета не более, чем на 5%.

Проведены эксперименты для двух различных конструктивных исполнений переходника для передачи усилия возбуждения от стола вибровозбудителя к объекту испытаний, имеющих различные массопо-жесткостные параметры, (вариант 1 - рис.7а'и'вариант 2 - рис.76)

Вариант 1 переходника был спроектирован в соответствии с традиционным представлением'о .Вибрационных столах: сварная конструкция, состоямая из жесткой плиты» на которой размечается объект испытаний, подкрепленной ребрами жесткости.

Вариант 2 переходника, разработанный ГРЦ, выполнен в виде конической оболочки со стыковочными ипангоутами по нижнему и верхнему диаметрам. Оболочка по вольыему диаметру стыкуется болтами с объектом испытаний, по меньшему - с вибровоэбудителем [16,16,19].

Эксперименты с различным конструктивным »исполнением при- * способлений для передачи усилия возбуждения подтверждают существенное влияние оснастки на нагруженность объекта испытаний (табл. 3).

Установлено, что конусная обечайка эффективнее платформы, которая доводит объекту уровень вибрации в 3-5 раз меньые, чем обечайка.

Таблица 3

Результаты сравнительного анализа

| Платформа (Конусная обечайка

(Конструкция приспособления |--

|Цасса приспособления, |--

КГ

2400

--—-+--И

|[{изыая резонансная частота, Гц| 305 .]

1---|----"4"

600

320

(Отношение уровня Вибрации на ( (столе ьибростеНДа к Контроль- | (ной точке отсека ракеты, аа/аИ 1-------------------...—■..-—а

I

5.ч.9 | 1,5ч..2,0

I .

При однонаправленных высокочастотных испытаниях отсеков ракет в ортогональных направлениях реализуются уровни вибрации одного порядка с вибрацией основного направления. Предельные значения реализующихся уровней боковой вибрации для рассматриваемых конструкций приведений тавп» 4 и ив рис. 8. Среднее значение уровня ортогональной вибрации составляет 101 \ основного направления. Таким образом, однонаправленное высокочастотное нагружение Преобразуется В пространственное, что, как правило, соответствует условиям натурного вибрационного нагружения.

Таблица 4

Соотношения уровней вибрации по СКО в ортогональных возбужден» направлениях при лабораторном однокомпонейтном вибрационном воздействии на случаи полета ракет (по отношению к направлению возбуждения)

| Направление Случай испытания | возбуждения

|по оси изделия

Уровень вибрации, % | --;- , .'•■■-1

пах

-М

Полот

X У

а

25,0 25,0 32,4

201,6 | 156,8 { 273,6 ( --1

Если в каком-либо частотном диапазоне реализуется заниженный уровень вибрации относительно требуемого, то в этом частот-

I

ном диапазоне необходимо догружение. Это догружение желательно провести одновременно с основным воздействием. В этом случае потребуется меньше мощности от дополнительного вибровозбудителя и реализуется более близкое к эксплуатационному пространственное вибрационное воздействие.

В ГРЦ с участием автора опробована и успешно используется установка с использованием дополнительных вибростендов, догружающих объект испытаний недостающим вибрационным воздействием в требуемом диапазоне частот (рис. 9>. В этой установке, кроме основного вибровоэбудителя 1, на объекте испытаний 2 создают поперечные основному направлению нагрузки дополнительные вибро-позбудители 3 меньшей мощности. Нагрузки от вибровозбудителей к объекту испытаний передаются через приспособления 4 жесткие в вправлении приложения усилия возбуждения и гибкие в поперечных •правлениях. '

Преимущество представленной установки в том, что реализуется пространственное нагружение и дополнительное вибрационное воздействие вносится непосредственно в область конструкции, где при эксплуатации наблюдается повышенная вибрация, а не передается через общий стыковочный шпангоут.

В работе предложен стенд для высокочастотных испытаний ракетной техники, создающий механическое воздействие с помощью импульсов высокоскоростно^'Йотока газа, например, воздуха. Поскольку на объект воздействует непосредственно поток воздуха,

Рис. 9.

то при использовании этого стенда не требуются приспособления для передачи усилия возбуждения от вивроаозбудителя объекту.

В четвертой главе изложена методика проектирования 'приспособлений для вибрационных испытаний сложных крупногабаритных изделий ракетной техники.

Для реализации требуемых режимов нагружения при испытаниях крупногабаритных отсеков ракет необходимо проектирование испытательной оснастки с рациональными параметрами и оценка нагрудеи-ности конструкции изделия для каждого из случаев испытаний.

Приспособление является передаточным звеном в тракте возбуждения испытательной установки и единственным элементом, параметрами которого можно варьировать. Методика проектирования приспособления предполагает на стадии подготовки эксперимента расчетным путем определить рациональные параметры конструкции приспособления с учетом характеристик всех остальных элементов испытательной установки и условий испытаний.

Параметры испытательной оснастки должны выбираться иэ условия минимального изменения динамических характеристик испытуемого объекта относительно условий эксплуатации в изделии и минимума потерь мощности вибрационной установки. По возможности, приспособление должно помогать вибрационной установке реализовать требуемый режим. Например, если в требуемом режиме нагружения имеются отдельные пики спектральной плотности виброускорения, то желательно резонансные частоты приспособления совместить с этими пиками. .-.

Методика предполагает несколько этапов проектирования приспособления. На первом этапе оцениваются условия его эксплуатации, Из условий эксплуатации оснастки и требований по стыкуе-мости выбирается вид конструкции приспособления« Конструкция выбирается иэ ряда, обеспечивающего минимальную массу при максимальной. жестхости в направлении передачи усилия и на изгиб. Приспособление должно иметь шпангоуты или другие узлы крепления с объектом испытаний и вибровоэбудителем. Рассматриваются возможные габариты по высоте и обводам, необходимые требования по обеспечению гарантированных зазоров между приспособлением и испытуемым объектом.

Далее для выбранной конструкции приспособления составляет-' ся расчетная модель. Модель приспособления совмещается с моделы;

объекта испытаний и оборудования. Пельр составления модели испытательной установки и ее расчета является оценка амплитудно-частотных характеристик 1ЛЧХ) механической системы и выбор рациональных массово-жесткостных параметров испытательной оснастки для воспроизведет»« требуемого режима испытаний на конкретном объекте с помоаыо имеющегося оборудования. Оценить ДЧХ объекта можно, например, с помомыо пакетов программ ДИДС и БОБША, позволяющих определить амплитудно-частотные и другие динамические характеристики конструкции и нагрузки на ее элементах при ' заданных входных вибрационных воздействиях.

Варьируя массово-жесткостными параметрами модели приспособления, необходимо получить рациональный вариант амплитудно-частотной характеристики, помогаюиий реализовать требуемый режим.

При невозможности получения достоверных результатов расчета во всем диапазоне частот испытаний, ограничиваются расчетом б низкочастотно« области, где наиболее сложно воспроизведение заданного режима вибрационного иагружения.

В обеспечение желаемых амплитудно-частотных характеристик необходимо найти рациональные параметры конструкции и материал приспособления. Для этого- по полученным массово-жесткостным характеристикам модели приспособления расчитываются параметры конструкции приспособления. •

Материал должен иметь высокую усталостную прочность при минимальной удельной массе. Конструкция приспособления должна одеть максимально возможный момент инерции его сечения при пло-ыади сечения, удовлетворяющей требованиям.прочности и устойчивости, то есть приспособление должно'иметь максимально возможный диаметр. Таким условиям удовлетворяют цилиндрические или конические обечайки.

Имея габаритно-стыковочные размеры приспособления и выбранную конструкцию, можно от динамических характеристик приспособления перейти г конструктивным параметрам. ■

Приспособления для испытаний отсеков ракет на случаи транспортировки представляют собой цилиндрические обечайки, обеспечивающие необходимое расположение отсека относительно иар^ира с целью реализации требуемого распределения уровней виброускоре-кий по длине объекта испытаний, конусные обечайки, ферменные конструкции или переходники для связи с какими-либо элементами испытательной установки.

Приспособления для испытанна отсеков ракет на случаи полета представляют, в основном, переходники от узлов испытуемого изделия, к которым прикладывается усилие возбуждения в эксплуатации, к столу вибровозйудителя. Для крупногабаритных отсеков ракет это могут быть конусные обечайки, ферменные конструкции, о том числе подобные случаю транспортировки, упругие в поперечных направлениях переходники. Указанные конструкции приспособлений пзягы из ряда переходников максимальной жесткости при минимальной массе. Возможность использования того или иного переходника определяется габаритами испытуемого объекта, схемой испытаний и количеством вибровозбудителей, одновременно используемых для нагружения изделия.

Подготовка к эксперименту по приведенной Методике позволяет до изготовления оснастки определить возможность и точность реализации требуемого режима испытаний, спроектировать приспособление с желаемыми параметрами и.заранее принять эффективные решения по проведению испытаний, если предложенная схема испытаний и испытательное оборудование не позволяют реализовать требуемый реки*.. Существенный экономический эффект очевиден.

Спроектированные по изложенной методике приспособления позволили провести испытания крупногабаритных объектов, приблизш условия испытаний к условиям эксплуатации.

Проектирование испытательной установки для пространственн< го нагружения осуществляется по той же методике, что и для одн> координатного возбуждения.

Разработанная методика проектирования приспособлений для вибрационных испытаний крупногабаритных объектов "может быть не пользована при подготовке испытаний любых крупногабаритных изделий машиностроения.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. На основе расчетных и экспериментальных исследований установлено влияние приспособлений на нагруженность крупногаба ритных конструкций при лабораторных вибрационных испытаниях, которое выражается в искажении спектральных плотностей вибраци онных нагрузок, являющихся основными характеристиками процессо

магружонмй. Выявлены параметры приспособлений (такие, как масса, яесткость, форма), влияющие на нагруженность объекта испытаний.

2. Сформулированы оснопнне требования к приспособлениям для вибрационных испытаний крупногабаритных отсоков ракет на эксплуатационные нагрузки (транспортировочные и полетные), обеспечивающие наилучшее приближение условий лабораторных испытаний конструкций к эксплуатационным. Требования связаны с подбором резонансных частот приспособления, его прочности, устойчивости, долговечности.

3. Разработана методика проектирования приспособлений для виброиспытаний крупногабаритных отсеков ракет, включающая определение рациональных динамических характеристик приспособлений, оказывающих минимальное влияние на нагруженность отсека, и параметров конструкции оснастки в обеспечение рациональных динамических характеристик, на основе которого отмечены основные параметры конструкции и материала, определяюцие качество приспособления, и предложены конструкции приспособлений, наилучшим образом обеспечиваюиие условия испытаний.

4. Проведенные экспериментальные исследования объектов с приспособлениями, спроектированными согласно предложенной методике, для транспортировочных и полетных случаев нагружений показали, что она позволила устранить существенные искажения эксплуатационных режимов при стендовых испытаниях. Эксплуатационные нагрузки реализуются в лабораторных условиях с допустимой погрешностью. Это свидетельствует о применимости предложенной методики.

5. Получены и проанализированы данные по ортогональным колебаниям крупногабаритных отсеков ракет при однокомпонентном возбуждении мирокополосным случайным вибрационным воздействием на случаи транспортирования и полота ракеты. При низкочастотных испытаниях ортогональные колебания невелики и лежат в пределах допустимых величин, что позволяет испытать ракетную конструкцию однокомпонентным возбуждением Последовательно по каждому координатному направлению или требует, использования вибростенда по каждому направлению при пространственном нагружении. При высокочастотных испытаниях ортогональные колебания близки к требуемым, что может служить основанием для отказа от нагруяения в этих направлениях при достижении возбуждающихся колебаний заданного уровня или требует догружения небольшими усилиями в диапазонах

частот с недостаточным уровнем вибрации. На основе анализа разработаны схемы и стенды для испытаний крупногабаритных отсеков ракет на воздействие эксплуатационной пространственной вибрации. Проведенные испытания стендов показали их работоспособность.

Дальнейшее совершенствование методического и стендового обеспечения наземной экспериментальной отработки изделий ракетной техники с целью повышения ее качества и полноты представляется целесообразным проводить по следующим направлениям:

комплексная реализация внешних факторов: вибрационных, акустических, ударных воздействий;

детальная проработка методов испытаний и стендов на базе пневмоимпульсних силоооэбудитолей, а также системы управления для воспроизведения конкретных эксплуатационных нагрузок, в том числе комплексных. Испытательные стенды с пневмоимпульсны-ми силовозбудителямн позволяют воспроизвести на отсеке ракеты вибрационные, импульсные и акустические нагрузки в любом соотношении.

Предложенные методы внедрены в Государственном ракетном центре и.использовались для отработки изделий, разработанных ГРЦ и НПО "Искра". Способ испытаний и стенды с «пользованием пневмоимпульсних силовозбудителей защищены авторскими свидетельствами.

~ Результаты исследований при их внедрении дают положительный эффект за счет:

приближения испытаний к условиям эксплуатации; сокраиения продолжительности испытаний на 30г60% при воспроизведении пространственной вибрации;

сокращения экспериментальных исследований характеристик испытательной установки в ходе формирования режима нагружения;

сокращения затрат материала, упрощения конструкции и, следовательно, уменьшения стоимости приспособления;

уменьшения непроизводительных энергетических затрат вибрационной установки и, следовательно, возможного увеличения массы испытуемых.объектов; , '

- приведения к номинальному режима работы вибрационной установки и, как следствие, увеличения ресурса ее работы.

Основное содержание, диссертации опубликовано в работах:

1. Беглов D.H.,- Евстигнеев С.Л., Масленников С.П. Анализ нагруженности исследуемой сложной конструкции при вибрационных испытаниях // Динамика машин и рабочих процессов,- ЧПИ: "Челябинск, 1983.- С. 3-8.

2. Беглов И.И., Гвоздев Д.Н., Евстигнеев С.Л., Супрун В.И. . Некоторые вопросы нагружения обьектов испытаний при воздействии широкополосной случайной Вибрации,- ГОНТИ - 1, 1984.- С. 30-31.

3. Беглоп Ю.И., Евстигнеев С.Л., Запиаалов K.M..Виброиспы-танич на вибрацию при однокомпонентном наг'ружёнии.- ГОИТИ - 1,

1984.- С. 32-36.

4. Евстигнеев С.Л., Меренков Г.Н» Оценка возможностей лабораторного оборудования при вибропрочностных испытаниях, имитирующих транспортировку изделий,- ГОНТИ - 1, 1979.- С. "99-105.

5. Евстигнеев С.Л., Беглов Ю.И. Вибрационные испытания изделий сложной конструкции // Линамика и прочность конструкций: Тезисы докладов научно- технической конференции.- ЧПИ: Челябинск, 1982.- С. 118.

6. Васильев В.Л., Масленников С.П., Евстигнеев С.Л. Установки для вибрационных испытаний крупногабаритных летательных аппаратов. / В сб. тезисов докладов Второго российско-китайского симпозиума по космической науко и технике.- СДИ: Самара, 1992.- С. 205. ' #

7. Д.С. № 1337700, Стенд для испытаний изделий на динамические нагрузки. Багаутдинов P.M., Беглов Ю.11», Евстигнеев С.Л. Староверов Ю.А. // Бюл. № 34.- ВННИГПЭ, 1987.

8. A.C. № 281030 Способ вибрационных испытаний обьектов. Беглов Ю.И., Евстигнеев С.Л., Староверов (O.A.- ВНИИГПЭ,

1985.

9. A.C. № 1670467 Стенд для динамических испытаний изделий. Багаутдинов P.M.-, Бодров В.В., Евстигнеев С.Л., Староверов ю.А., Сухотерин И.В. / Бюл. N» 30.- ГКИО, 1991.

10. A.C. № 1732208 Стенд для испытания изделий на динамические нагрузки. Багаутдинов P.M., Бодров В.В.", Евстигнеев С.Л., Староверов Ю.А., Сухотерин И.В. / Бюл. № 17.- .. ГКИО, 1992.

11. A.C. № 1741001 Стенд для испытаний изделий на динамические нагрузки. Бодров В.В., Евстигнеев С.Л., Староверов

Ю.А., Сухотерин И.В. J Бел. № 22.- ГКИО, 1992.

12. Вибрационные испытания агрегатов Д78 и Д79 N 205 на прочности. Технический отчет 47-03-83.- КБМ: Миасс, 1983. S6 с.

13. Вибропрочностные испытания выходного блока 291.0301-000 H 6. Технический отчет 47-093-84.- КБМ: Миасс, 1984. 121 с.

14. Вибрационные испытания по отработке работоспособности отремонтированных узлов. Технический отчет 47-054-85.- КБМ: Миасс, 1985. 42 с.

15. Вибропрочностные испытания выходного блока 291.0301-000 H 22. Технический отчет 47-055-85.- КБМ: Миасс, 1985. 172 с.

16. Вибропрочностныо испытания выходного блока 291.0301-000 N 23. Технический отчет 47-105-85.- КБМ: Миасс, 1985. 52 с.

17. Зачетные вибрационные испытания сборки 6^73.000-03. Технический отчет 47-067-86.- КБМ: Миасс, 1986. 99 с.

18. Зачетные вибропрочностные испытания выходного блока 0305-000 N 38Д агрегата 291. Технический отчет 47-128-83.- кбм: Миасс, 1983. 128 с.

19. Испытания макета 1м23 N 1. Технический отчет 47-018-84. - КБМ: Миасс. 1984. 155 с.

20. Испытания макета 1т13.00.00.000-10. Технический отчет 47-091-91-- КБМ: Миасс, 1992. 126 с.

21. Исследование динамики системы "сборка-оснастка-стенд" при виброиспытаниях макета 1м8 на случай транспортировки. Технический отчет 47-59-83.- КБМ: Миасс, 1983. 114 с,

22. Исследование пневмоимпульсного силовозбудителя. Научно' технический отчет 47-128-87.- КБМ: Миасс, 1987. 76 с.

23. Исследование пневмоимпульсного силовозбудителя. Научно' технический отчет 47-153-88.- КБМ: Ииасс, 1988. 84 с.

24. Определение характеристик вибропередачи оснастки. Науч нотехнический отчет 47-049-85.- КБМ: Ииасс, 1985. 92 с.

25. Результаты зачетных испытаний сборки 6м73,000-02 на ои брационную прочность. Технический отчет 47-149-82.- КБМ: Миасс« 1983. 173 с.

26. Технический отчет Í7-Ó37-87 по результатам комплексных вибродинамических испытаний макета 1й23В,- КБМ; Миасе, 198?« 256 с.