[发明专利]一种构建运载火箭整流罩声振试验缩比模型的方法

说明书

本发明涉及一种运载火箭整流罩声振试验缩比模型，属航天领域。本发明考虑运载火箭在飞行过程中受到外部噪声影响，针对难度大、成本高的全尺寸模型声振环境试验，根据相似原理，设置相应的整流罩内噪声和结构振动控制参数，得到整流罩缩比公式，根据此缩比公式设计缩比模型，最终通过缩比模型预测全尺寸模型的声场特性。采用本发明所提及的缩比模型设计方法，设计出的缩比模型可以有效的反映原模型的声场特性，在声振环境试验中可以使用缩比模型试验来替代难度大、成本高的全尺寸模型试验，具有重要的工程意义。

技术领域

本发明涉及一种构建运载火箭整流罩声振试验缩比模型的方法，属航天领域。

背景技术

运载火箭在飞行过程中主要受到气动噪声和喷流噪声的影响，由燃气射流引发的气动噪声可达到160dB以上。外部噪声以宽频、随机的形式通过透射和辐射传递到整流罩内部，直接影响到有效载荷的可靠性，甚至导致整个任务失败，发生灾难性的事故。因此罩内声振环境的研究是不可或缺的一项重要内容。

目前对整流罩声振环境的研究主要采用数值仿真和试验测量两种方法，数值仿真包括有限元方法(FEM)、边界元方法(BEM)和统计能量分析方法(SEA)。但是由于FEM/BEM方法仅适用于低频声振环境预示，而SEA方法仅适用于高频声振环境预示，一些混合预示方法目前也不成熟，往往需要进行试验测量。如果进行整流罩全尺寸声振环境试验，则试验成本高、难度大且不易于快速测量试验数据，需要针对火箭整流罩设计缩比模型进行试验研究，基于相似理论的缩比模型可用于声振环境的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种构建运载火箭整流罩声振试验缩比模型的方法，该方法考虑运载火箭在飞行过程中受到外部噪声影响，针对难度大、成本高的全尺寸模型声振环境试验，根据相似原理，设置相应的整流罩内噪声和结构振动控制参数，得到整流罩缩比公式，根据此缩比公式设计缩比模型，最终通过缩比模型预测全尺寸模型的声场特性，以填充从仿真到真实试验之间的空白，进而节约试验成本，提高人员安全系数。

本发明是通过以下技术方案实现的。

一种构建运载火箭整流罩声振试验缩比模型的方法，包括以下步骤：

步骤一、确定整流罩内噪声控制参数：所述内噪声控制参数包括：声源参数、介质参数和结构参数；

所述声源参数：声功率W，振动频率f和声源到整流罩内部的距离R；

所述介质参数：密度ρ₀和声音在介质中的传播速度c₀；

所述结构参数：密度ρ_s，弹性模量E_s，泊松比ν_s，直径d_s，厚度h_s和阻尼比ζ；

则整流罩内部声压p与所述内噪声控制参数的函数关系式为：

p＝F(W,R,f；ρ₀,c₀；ρ_s,E_s,ν_s,d_s,h_s,ζ) (1)

步骤二、将ρ₀、c₀和W作为基本量，内噪声控制参数的函数，即式(1)转化为无量纲关系，并根据相似律进行简化，得到整流罩内声场的缩比公式：

缩比模型与原模型的介质参数和结构材料均相同，则ρ₀，c₀，ρ_s，E_s，ν_s和ζ6个有关参数与原模型保持相同，即，