火箭大型地面试验 _生活百科

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火箭大型地面试验运载火箭是一种複杂的飞行器。组成运载火箭的分系统较多，设计过程中涉及的学科和技术领域很广，生产过程中套用的原材料、元器件种类繁多，地面操作和飞行过程中经历的环境变化也很大。在运载火箭发射、飞行过程中，某个系统、组件、元器件一旦由于设计不当、质量不好或不适应环境变化而发生故障或失效，就会造成运载火箭发射失败甚至灾难。因此，运载火箭研製过程中，在地面必须充分地进行各种各样的试验。通过试验发现设计上的不足，生产中的缺陷，原材料、元器件质量上的隐患，环境变化引起的变异等不可靠因素，以便事先採取措施予以排除，提高运载火箭发射时的成功率。
【火箭大型地面试验】为确保火箭工作可靠，充分的地面试验是飞行试验之前必不可少的。运载火箭的地面试验项目很多，内容广泛，不同类型的运载火箭，其试验内容和目的不完全相同。
基本介绍中文名：火箭大型地面试验概述
外文名：Rocket ground test
分类运载火箭的地面试验按试验的性质和目的来分，可分为研製性试验(方案性、原理性试验)、鉴定验证性试验、产品质量验收性试验、系统之间协调性试验、可靠性试验、寿命试验和环境适应性试验(如高低温试验、淋雨试验、公路和铁路运输试验、雷击试验等)；按试验对象来分，可分为元器件试验、组件和单机试验、分系统试验、分系统之间综合试验和全系统试验等；按试验手段、试验方式来分，可分为仿真试验、半实物仿真试验和实物试验等。运载火箭的地面试验项目很多，工作量大，所需试验设施种类多，规模大，费用高。但地面试验是运载火箭研製中不可缺少的一个环节，如果简化或省略，往往会因小失大，给研製工作带来不可弥补的损失，这是运载火箭发展史中的一条经验与教训。分系统地面试验运载火箭的每一分系统在方案、初样和试样设计阶段都要进行相应的分系统试验．随着研製阶段的进展，不断的修改完善，分系统最终能提供合格的、可供飞行的产品。风洞实验运载火箭的空气动力与空气动力加热特性是选择火箭外形，进行火箭总体及各分系统设计的重要原始条件。仅仅依靠理论计算的方法来取得火箭的气动特性是不够的，尚需要通过风洞实验来验证及修改这些结果。

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通常将火箭的缩比模型置于风洞的实验段进行吹风实验，测定模型上的空气动力参数，并直接观察气流对模型的绕流情况。根据力学相对运动原理。这种实验结果与静止气流中模型做匀速直线运动的结果是相同的。然后根据相似理论，将模型上测得的空气动力参数换算到实物上去。火箭发动机试车液体火箭发动机的试车按其是否採用真实推进剂进行试验分为地面冷试验和地面热试验，又称为冷设车和热试车。液体火箭发动机的冷试车通常用水作工质，主要进行发动机系统启动和关机特性的试验液体火箭发动机的热试车是真实的点火试验，按照研製程式，方案阶段要进fi模样发动机试车；初样阶段要进行发动机性能、结构方案试车；在试样阶段要进行鉴定性试车和验收性试车；在投入批生产后还要进行批生产抽检试车。静力试验在研製过程中，火箭的结构要经过一系列静载荷条件下的试验，用以确定结构的应力-应变特性、结构的刚度以及结构的承载能力。这类试验统称为静力试验。按载入条件不同，静力试验分为使用载荷和破坏载荷试验。在进行使用载荷试验时，载入到设计确定的使用载荷，如果结构未破坏，弹性变形在允许範围内，该结构即为合格结构；进行破坏载荷试验时，载入到结构破坏、失稳或弹性变形超出允许值为止，其目的是测定结构的极限承载能力。按照载荷的类型不同，静力试验又分为外压试验、内压试验、轴压试验、拉伸试验、弯曲试验和剪下试验等在研製过程中，常常要进行联合载入试验。例如．为了模拟飞行中的最大轴向过载设计情况，结构要进行轴压、弯曲和外压等联合载入试验，有时还要进行热环境条件下的联合载入试验。在结构静力试验中，建立接近火箭使用情况的边界条件很重要，模拟实际使用载荷条件也是一项很複杂的工作，为此要建立大型的综合性的地面静力试验室。火箭动力特性试验火箭是一个弹性体，其动力特性即振动特性(固有频率、振型和结构阻尼係数)直接影响着控制系统、推进剂输送系统的设计，影响整个火箭的部位安排，甚至影响整个火箭的性能。因此，準确地确定火箭的动力特性是研製工作中的一项重要内容。由于用理论计算的方法难以準确给出其动力特性，因此广泛採用全箭振动试验的办法来提供準确的动力特性参数。故又称火箭力特性试验为全箭振动试验。全箭振动试验通常在“振动塔”内进行，试验火箭的状态应与飞行产品儘可能一致。为了模拟不同飞行时刻的振动特性，试验火箭的贮箱内还要加注不同容积的试液，试液的密度应与真实推进剂相近。更为重要的是要用特殊的悬挂系统把试验火箭吊起来，模拟实际飞行中的边界条件。振动试验结果通过箭上和地面测量系统相配合记录下来。一般採用有线测量，也可以採用无线测量的方法。对于大型运载火箭，由于火箭的尺寸和质量的增大，必将超出原有“振动塔”的承载能力，因此，如何在已有的试验条件下，通过合理的试验技术，理论建模、计算分析、模型修正等试验计算一体化设计，来获得大型运载火箭的动力学特性，成为一个关键问题。总结国外经验，大型运载火箭可不进行1：1全尺寸的全箭振动试验，而是通过更多的部段试验或缩比模型试验来解决一需要注意的是：进一步提高模态试验中的阶次，保证理论模型和模态综合的质量；弄清边界条件及模拟介质的影响；进行多部段的模态及刚度试验；保证试验数据的可靠性等等。其他分系统试验为了检验制导系统、姿态控制系统、伺服系统、推进剂输送系统、有效载荷整流罩分离系统、有效载荷-火箭分离系统、级间分离系统、零高度逃逸救生系统以及遥测、外测系统等设计方案的正确性和系统性能能否满足总体设计的要求，在第一批样机生产出来以后，都要分阶段进行分系统试验，通过一系列的分系统地面试验才能正式确定各系统的设计方案．确定分系统内各组件，乃至整个分系统的主要性能参数及其变化範围．为火箭总体设计提供进一步的依据。随着计算机软体、硬体技术的发展，有限元和其他工程分析计算方法的出现和套用，用计算机仿真技术进行上述分系统模拟试验不仅有了可能，而且已经在火箭的研製工作中发挥着越来越大的作用。20世纪80年代以来，计算机技术和软体系统的发展，进一步推动了火箭研製工作中的数学仿真和半实物仿真技术的发展，中国在结构静力分析、全箭动力特性分析、气动分析、控制系统地而模拟试验等方面都已取得了可喜的成果。综合性地面试验火箭的各个分系统根据总体设计要求分别进行设计、试验和生产，当组合成火箭之后，各系统之间在结构上是否协调，电气上是否匹配、兼容，需要通过全箭的综合性地面试验。全箭综合性地面试验是在大量的单机和分系统试验已完成、证明设计方案是正确的，技术性能是合格的条件下进行的。电气系统综合匹配试验通过分系统地面试验，基本上解决了各系统自身的问题。但是，当各电气系统安装到火箭上以后，特别是有关分系统，如遥测系统与其他电气系统连线起来以后，在同时供电的条件下，各电气系统工作是否协调?相互问是否产生馈电和电磁干扰?各电气系统能否正常工作?为此要进行电气系统的综合匹配试验。综合匹配试验是把有关电气系统放到一起做联合通电试验。通常有关电气系统先进行对口匹配试验．如遥测系统与控制系统，遥测系统与外测系统等，然后再做综合匹配试验。试验的主要目的是排除各电气系统间可能产生的干扰，同时协调各系统的工作程式，为最终制定火箭的测试和发射程式提供依据。全箭试车这是火箭飞行试验前进行的最接近飞行状态的地面综合性试验，通常也是飞行试验前规模最大的地面试验。除了根据地面试车台安装和测量要求，火箭的技术状态做必要的改变外，试验火箭一般与飞行试验产品状态一致。全箭试车通常在专门的全箭试车台上进行。本着由局部性试验到整个系统试验逐步进行的原则，通常先进行推进系统全系统热试车，箭上控制系统不工作。这种试车的主要目的是检验箭体结构与推进系统的协调性，测量发动机工作条件下箭上的动力学环境参数。