1、a.J 中华人民共和国航天工业部部标准QJ 1817-89 固体火箭发动机振动测量方法1989-12-12发布1990-06-口实施中华人民共和国航天工业部发布目次E 主题内容与适用范围.(1) 2术语、符号.(1) 3 系统的组成及不确定度要求.(约4测量仪器设备及其要求.川.(3) 5试车前准备.(份6试车d.(的7试车后工作.(7) E 填写记录表山.(7) 9数据处理.(的10 附录A. (13) 中华人民共和国航天工业部部标准dQJ 1817-89 固体火箭发动机振动测量方法E主题内容与适用范围本标准规定了固体火箭发动机在地面试车过程中的振动加速度测量(以下简称振动测量)系统的组成技
2、术要求.操作工序及数据处理方法.本标准适用于各种型号的固体火箭发动机各部位的振动测量.被测信号的上限频率为10kHz.加速度小于或等于1Om/, (约l00g).2术语、符号2. 1 术语2. 1. 1 电荷员敏度压电式加速度计承受单位加速度时.输出的电荷量.pC / g. 2. 1. 2输出量压电式加速度计承受单位加速度时，电荷放大器输出的峰值电压.V. , / m(V / g). 2. 1. l 平稳随机摞动在某一时间区间内，其摄幅的均值和均方根值等参数随时间变化不显著的随机振动.或者说，将信号按统计精度和分辨率要求分为若干于段时，各子段的功率谱密度的量级和谱形大致相同的随机振动.2. 1
3、. 4局部平稳随机振动具有下述两种特征-a.各子段的功率谱图形基本相似，但其量级相差较大;b.持续时间短;不能取到五帧进行平均形成功率谱密度估计值-2. 1. 5 哥哥态摞动一种暂短存在的、在其持续时间内不能达到局部平稳的非稳态随机振动-2. 1. 6 来样将连续摸拟信号转换成数字序列的过程-2. 1. 7帧航天工业部1989-12 -12批准1990 -06 -12实施QJ 1817,- 89 用快速付里叶方法作谱分析时，将鹦个数据来样区间分成等长的用作一次付里叶变换运算的采样子区间，每个子区间连同其变换结果.2. 1. 8剩余冲击谱冲击脉冲停止后，系统最大响应与系统固有频率的关系.2, 2
4、 符号五一一采样频率，Hz; 1.-分析的最高频率，丑Z;几一一分析的起始频率Hz;4一一滤波器载丘频率.Hz; 一一一帧样本的时间长度IS; ta-一所需样本总长度，s; !;.t-一采样间隔IS; Af-频率分辨率.Hz; N一一每帧数据总数;M一一形成功率谱密度估计值所用的帧数;j一-.丁I; -一统计误差;PSD-功率谱密度;S(f)一一剩余冲击响应谱;FMS一一件显叶幅值谱.3系统的组成及不确定度要求3; 1 测试系统振动测量采用模拟测量系统，其系统组成如图1所示.3, 2 标定系统困面画Iotl:U:kfi H ;SU I 压革E图1模拟测量系统框图采用系统标定或电信号标定两种方法
5、-3, 2, 1 系统标定:其组成如图2所示.2 QJ 1817. - 89 匾豆县一图2系统标定框图3.2.2 电信号标定:其组成如图3所示.I 1I!-j U# f !国图3电信号标定框图3.3戴帽处理系统采用数字和模拟处理两种方法.3. 3. 1 数字处理系统:其组成如图4所示.磁记景器数宇式分析仪图4数字处理框图3. 3. 2模拟处理系统.其组成如图5所示.磁记录器图5模拟处理框图3.4 系统不确定度振动测量系统的不确定度小于或等于15%.4测量仪器设备及其要求4. 1 加速度计加速度计应符合以下要求:a.采用压电式加速度计，I IIJ， jJ1jJVl, I 模拟分析仪b.额定量程一
6、般应大于或等于被割发动机最大振值的1.3倍;C.精度高于10%;d.校验周期为半年-4.2 电荷脸大器电荷放大器应符合以下要求3 倍;QJ 1817 - 89 .精度高于2%;1 1 b.下限频率应是所测信号最低频率的-_.上限频率应是所测信号最高频率的3-55 3 .输入电荷灵敏度及其范围可调，d.输入特性必须同加速度计匹配;输出特性必须同记录仪器匹配-4.3碰记录翻磁记录器应符合以下要求a.推荐使用调频磁记录器，频率上限高于10kHz;b.信噪比大于物dB;具有多通道、变速和回放功能-4.4戴字式分析仪本标准推荐选用专用的数字式分析仪，分析仪必须具备E反付里叶变换、幅值和相位谱、功率谱、冲
7、击响应谱等功能.4. S加速度计枝准器加速度计校准器应符合以下要求.加速度计校准器包括电动式振动台、激励控制器.功率放大器，b.精度应离子2%.4. 6模拟分析仪模拟分析仪应符合以下要求-a.该系统主要完成振动的时域信号的处理，b.模拟分析仪的频率上限高于10四Z.4: 7倍号发生揭信号发生器应符合以下要求.频率范围在10日，-10kHz内，精度高于1%;b.输出幅度在5mV-IOV内连续可调.4. 8 监测仪襄监测仪表应符合以下要求:.系统配置的监测仪表一般可选用数字式峰值电压表或交流毫伏表jb.精度高于2%4.9 传输线4. 9. 1加速度计与电荷放大器之间的传输电缆(简称信号输人线)必须
8、使用低噪声也缆，系统其它传输电缆可选用同袖射频电缆，也可选用其它具有外屏蔽的信号传输电缆-4.9.2信号输入线的外屏蔽连接到电荷放大器的输入公共端，并通过放大器屏蔽罩单4 QJ 1817 - 89 端接地-4. 9. 3信号输入线除使用为其配备的转接插头(转接点不得多于2点)外，不得有任何其它接头.4.9.4传输线芯线与房蔽及接插件外壳之间的绝缘电回应大于2MO，接插件接触电阻小于或等于0.020.4，9，当电缆转接插件尤其信号输入线接插件应避免锈斑、脏物、泥沙.使用前用酒精洗净之后，不得用手触摸，使用之后将输入线接插件用防护帽盖好.4.9.6 电缆敷设及转接柜设置应有防磁.防潮措施.4.9.
9、7信号输入线与大功率动力线、高频通讯电缆的问隔要在1m以上，应尽量避免平行走线.5 试车自准备!. 1 系统准备5. 1. 1 接受任务后必须周密考虑测点的环境温度、热辐射等对加速度计的影响，并确定与弄清以下几个问题a.测量的目的及要求(如要求给出何种数据); b.试车日期及发动机的状态(如高、低温或常温、高空模拟、姿态控制等状态); C.测量的方位;d.加速度计与测点的安装方法.5. 1.1 当发动机测振点不允许打安装螺孔或每个测点需测多向加速度及加速度计的安装空间不适合时，加速度计要借助转接块与发动机测报点连接.转接块的材料一般为钢、铝合金、玻璃钢、胶木等.本标准推荐使用铝合金转接块，要求
10、如下:凰，在满足使用要求的条件下，尺寸和质量尽可能小，刚度尽可能大;b.转接块一般为长方体或正方体.在特殊情况下可使用异形转接块，以满足各指定方向加速度的测量;C.转接块与加速度计组合体频响曲线的平坦区频率大于被割信号频率-5. 1. 3检查系统接地及系统各部分的绝缘是否良好.5.1.4检查使用仪器是否处于良好的工作状态.5. 2试车前标定!. 2. 1 -般要求5. 2. 1. 1本标准推荐采用系统标定的方法.在没有条件的情况下可采用电信号标定的方法.5.2. 1.2 标定前根据任务书给定的量级范围和测量仪器的最佳量程范围，确定电荷放大器的输出量.5 QJ 1811 - 89 5.2.1.3
11、仪器的标定状态(如加速度计及电荷放大器严部代号c序号，记录仪器通道号;传输线编号，加速度计电荷灵敏度及电荷放大器输出量;对应的测点位置、方向等)必须与试牢状态一致，并记录在试车记录本上，试车前严格检查.不得变动，如需变动，必须重新标定.5. Z. 1. 4 必须在试车前24h内进行标定-5. Z. 2 系统标定5. 2. 2. 1 利用电动式振动台作激励源进行试车前的标定.5. Z. 2. 2标定时调节振动台的幅值，使加速度计为某一固定值，如a=Ig时，测得这时加速度计对应的输出量，同时得出加速度计的电荷灵敏度.5. 2. 2. 3标定时选择的振动频率根据试验的具体要求而定.可以在一定频率范围
12、内标定，也可以在一个频率下进行标定.旦2.2.4如果在某一频率下标定时，该频率应尽量靠近信号的中心频率(振动加速度幅值最大时的频率) 5.2. 2.5在标定过理中，信号如不正常(无信号、平扰等).按照5.5.2-5.5.4条进行检查.5.2.2. ;具体标定方法，按校推仪说明书操作方法进行-5.2.3 电锚号标定5. 2. 3. 1 查明所用加速度计经检定后得出的电荷灵敏度及输出量.5.2.3. :1 在某一固定频事下标定时，信号发生器的频率应尽量靠近被测信号的中心频率，其输出电压幅度为加速度汁对应的输出量或输出量倍数.5.2.3.3 按照各加速度计电荷灵敏度计算的输出量，调整电荷放大器-5.
13、 2.3.4 标定后整个系统连线检查.5.3 转接块的安装5. 3. 1不允许打安装螺孔时，使用环氧树脂或其它抗冲击性能好的快干跤，将转接块牢固粘接在发动机测点位置上.S. 3. :1转接块与发动机测振点的对接面要清洁，不得有油污、锈斑等赃物，转接块与测振点对接面的形状要互相吻合.5. 3. 3 转接块与发动机之间绝缘电阻大于2MIl.5.4加速度计的安装5.4.1 加速度计在安装前耍先短路，放掉剩余电荷.5.4.2 如果允许打安装螺孔，并满足测量要求时必须用绝缘螺钉安装-5. 4. 3如需使用转接块，按5.1.2条要求选用.5. 4. 4 加速度计与其对接面要清洁.5. 4. 5如用铝合金转
14、接块连接.其加速度计与转接块的对接面要涂一层凡士林油脂或6 QJ 1817. - 89 硅润滑油-S. 4. (; :bIr速度计的紧回螺钉不要过长.S. 4. 7加速度计感摄方向要与测振方向一致.S. 4. 8加速度计端的电缆要平宣固定好，避免与试车件产生相对运动-5.5 系统撞董S. S. 1 连接系统各环节的传输电缆，接通电荷放大器和记录、监测仪器的电源S. S. 2在系统检查中若出现异常.应排除以下几种原因造成的零漂.噪声干扰:.信号输入线或其它传输线接插件接触不良，b.电荷放大器本身有零漂现象;C.系统接地不正确，d.磁记录器磁头不清沽等.S. S. 3敲击被测部位肘，若无信号输出应
15、从以下几种原因检查排除:a.系统电缆网有短路现象或绝缘电阻下降;b.电荷放大器或磁记录器通道有故障，C.加速度计有故障，d.监测仪表接触不良或短路.S. S. .敲击被测部位时，着出现信号时有时元现象，应从以下几种原因检查排除加速度计与信号输入线处小插头接触不良;b.加速度计.电荷放大器或磁记录器性能不稳定.S. S. 5敲击被测部位，记录仪器确有信号输出，且无异常现象，则系统工作正常.然后用石棉布将环境温度变化较大的测点上的加速度计及附近电缆包好，此时试车准备工作完毕.6试车1 在准备试车口令发出后，重新检查各部位是杏正常.若处于正常状态，试车现场工作人员立即撤出，反之要立即向指挥员报告.2
16、 记录仪器开机记录，测量系统以发动机点火信号作为记时起点.记录完整的试车曲线.7试车后工作7. 1 首先检查试车曲线是否正常，如有异常.立即检查现场的信号线、转接块、加速度计是否脱落或损坏，再检查其它环节，查明原因，为数据分析提供依据.7.2 清理现场-8填写记最襄7 QJ 1811 - 89 内容如下:(格式见附录A)a.发动机代号、标定日期、试车日期试车台号;b.被测数据名称及测量位置.方向、电缆编号;c.加速度计产品代号、编号、电荷灵敏度;d.电荷放大器产品代号、编号及标定输出量，e.磁记录器通道号;E标定、试车曲线(附在表后面);目试车中出现的异常情况，b.操作人员签名.数每处理本标准
17、要求给出综合加速度一一时间历程曲线，付里叶幅值谱及功率谱密度曲线或按任务书要求给出所需的数据.且1时罐倍号处理采用模拟处理法给出每一测点加速度的时间历程综合曲线，找出点火冲击最大值点及其它各特征点(如推力中止段、燃烧结束段、双推力转折段等的幅值及对应时间.且2频域倍号处理频城信号处理采用数字式处理方法-9.3预处理为保证信号的正确性，数据处理前应进行有关项目的预处理.9. 3. 1观察时间历程屈，结合实践经验及发动机工作的物理特性，判断信号的性质，确定采用的分析方法及取于样的部位.检验信号的平稳性及随机性质采用方差法或轮次法.9. 3. 2对固体火箭发动机工作过理的振动进行分析时.除特征点按瞬
18、态振动处理外，对其官工作段应分为头.中、尾三部分按局部平稳随机振动或平稳随机振动进行处理，最后对这三部分进行综合分析.且3.3选用较高的采样频率进行谱形预处理，估计出信号的频带和有意义的谱分量的最高频率儿回9. 4 来样9. 4. 1直观判断测量信号的时间历程圈，在选定的采样段中不应包含由于严重的噪声干扰、电源干扰、电缆插头松脱.信号削波或零点漂移等原因造成的虚假信号和畸变信号.9.4. 2信号采样应适当选取高、低通滤被器.9.4. 2. 1 当信号所舍的频率成份高于分析频率上限或信号中含有比主要频率成份更高s QJ 1817 - 89 的干扰杂波信号时，应进行低通滤波.且4.2.2低通法被嚣
19、的截止频率E应靠近分析频率上限.9.4.2.3 低通滤波器的带外衰减特性应大于每倍频程36dB.且4.2.4当信号有零漂而且用的谐分析仪没有中心化措施时，在信号处理前应进行高通撞波.9. 5倍号的标定将信号由电学量转换为物理量时，标定系数的计算公式为:V. K r J.1 -:-一-.(1) - V. K 式中:也一一标定系数.m/. V(g/V); 扎一-试验时输入记是器的标定值的峰值，V; pe-处理时从记录器输出的峰值，V; K一一加速度计灵敏度系数.V. /m(V /目-9.6处理方法根据预处理结果，确定被处理信号是平稳随机振动、局部平稳随机振动或瞬态振动.一般平稳随机振动、局部平稳随
20、机振动应处理成功率谱密度，瞬态振动应处理成付里叶幅值谱剩余冲击响应谱.9. 6. 1付里卧幅值谛分析法9.1. 1 对信号坷t)以来样间隔At进行来样，并将样本进行标定与分帧，则每帧可得N个采样点的数字序列X.(n=O.1. 2. N-1). N一般取2的整次幕.且6.1. 2 根据实际情况决定是否加海宁窗.所分析的瞬态振动、局部平稳随机振动、平稳随机振动一般不加海宁窗.若加海宁窗，应将未修正的处理结果乘以系数2.667.9.6. 1. 3 按下式计算序列X.的付垦叶系数1 N-l X，=(古)ZX2.TZAr+XE-Oui-el-.(2 ) ._. D=O 式中马一序列凡的付里叶系数其中K取
21、值范围为O.1. 2. , ?-1; Xa-表示一个序列数;W.一其值等于C叩忡苦);XXr一-X的实部，Xxj一-X的虚部.9 QJ UIl7 - 89 各参数之间的关系为:) 345 ( . . . . . . . . . . . . . . , 寸1-titNhJ= =尸俨JhAA lif Ii缸t=主.山.山.川.山.川.川.川.山.川.川.川.川.(6 =N.lif.川.，(7) 9.6.1.4挤F式计算凡的付墨叶幅值谱:FMSK=25FZ:-mm-. m 式中:FMS一一凡的付里叶幅值谱-9. 6. 2 功率精密度分析方法9. 6. 2. 1 由所允许的统计误差决定平均帧数M:M羊
22、.(9) 式中M一一帧数一一般小于0.14.9. 6. 2. 2 根据分析信号的起始频率儿，按下式选取频率分辨率lif:们4侧9.6.2.3依据公式7选定每帧的来样点数N.N一般取2的整次幕.M.N 9. 6. 2. 4用公式aE二才一计算分析所需样本总长度1，.并检查信号样本总长度是否够长，当信号样本总长度不够时，应重新选取上面的参数.9. 6. 2. 5对信号X(I)进行采样，并将M帧(每帧N个采样点)样本进行标定，得数字序列王皿(n=O，1, 2, .叫N-l;m= 1. 2. ., M). 9. 6. 2. 6将此序列作中心化处理。Xnm=XnmN.川.( 11 ) 式中:N一第m帧的
23、均值10 QJ 1817 - 89 1 N- IN=(古怪X=.(臼)9.6.2.7 根据实际情况决定是否如海宁窗.若加海宁窗，tf9.6.1.2条进行修正-9. 6. 2. 8按2式算出X=的付里叶变换.9. 6. 2. 9按下式计算功率谱密度. M PSDK=(2N音)LXI.m X:W. .( 13) LO.oI- m:l 式中PSDK一一功率谱密度;x*-x的共辄复数.9.6.3局部平稳随机摄动的功率谱密度分析方法9. 6. 3. 1 取分析信号的局部平稳段整段，按平稳随机振动数据处理方法处理成功率谱密度.9. 6. 3. 2 当平均帧数M取不到5帧时，允许通过重叠来样增加采样数，但重
24、叠长度不超过帧长的50%，再将这样的处理结果作适当的修正一般将功率谱密度值乘以2或将谱图加到时，作为局部平稳随机信号的功率谱密度.9. 6. 4剩余冲击晌应iI分析方法9.6.4.1 根据信号的特点选取适当的采样长度t，.在采样段内应包括有瞬态信号的始终(即有头有尾).当来样长度受处理设备限制时，样本中不能包括整个瞬态信号的情况下.则应保留信号头部，舍弃尾部，绝对不允许仅取信号最大部分而舍弃信号头部.被舍弃信号尾部的最大值小于信号最大值的30%.9. 6. 4. 2分析固体火箭发动机地面试车过程中点火冲击等特征点的响应频谱，接下列冲击脉冲付里叶频谱和无阻尼(小阻尼)剩余冲击响应频谱的响应关系式
25、计算剩余冲击响应频谱S( f) = 2fIF(J)1 . (14) 式中:S( J)一一剩余冲击响应频谱，F(J卜一冲击付里叶频谱.9.7数据处理结果且7.1 数据处理设备应配有绘图、打印机，处理结果应以曲线形式给出，特征点应以数字标出.9. 7. 2 幅值时间历程的加速度综合曲线纵坐标使用加速度单位，并在曲线上标出特征点的帽值与对应的时间.11 QJ 1817 - 89 9. 7. 3付里叶幅值谱的纵坐标推荐用对数表示，在图上应标明加海宁窗情况，应标出主频峰值.9. 7. 4功率谱密度图纵坐标推荐用对数表示，并使用加速度单位，在国上应标明加海宁窗情况.且7.5剩余冲击响应谱的坐标推荐用双对数
26、表示，纵坐标使用加速度单位，如有可能.在图上附有对应的时间历程曲线.9. 8 11:据分析9. 8. 1对试车数据的异常问题，应从试车现场情况及发动机正作的真实状态入手分析.查明原因.剔除由于外界干扰而引起的异常数据.9. 8. 1根据任务书要求.写出试车数据分析报告.12 数据名称标定日期试丰台号加速度计电缆编号产品产品代号编号试车中出现的异常现象骨注附加说明:年月日电荷放大糯产晶产晶代号编号QJ 1817 - 89 附豪A搬动测量记录囊补充件)发动机代号试车日期操作人员签名(目期电荷灵敏度棕定输出量pC./m V.IJ. /m 本标准由航天工业部七0人所提出.本标准由航天工业部回院园。一站负责起草.年月日磁记录器测量位置通道号M王问13
