3-7  用外推法预示再入飞行器的随机振动环境

李春丽  陈强洪  苏  波  邱  勇

动力学环境试验在飞行器研制过程中的重要意义不言而喻，除了可以对飞行器的环境适应性进行考核以外，其试验结果还可作为飞行器定型的依据。但是进行环境试验首先必须确定一个合理的动力学环境条件。目前，国内外通常的做法是根据实测的数据来估计这个环境条件。尽管实测的数据能反映真实的环境，但是在飞行器研制初期或中期不可能获得新飞行器的飞行实测数据。由于通常可以找到与新飞行器结构相似的其他飞行器(参考飞行器)的飞行实测数据，将从新飞行器与参考飞行器的某些物理参数的缩比关系外推出新飞行器的振动环境。

振动响应的外推方法通常包括两个主要的缩比：(1)振动源量级的缩比；(2)结构表面质量面密度的缩比。首先应该分析诱导飞行器随机振动的主要振动源，并确定振源量级；由新飞行器和参考飞行器的物理几何特性分别确定感兴趣区域的质量面密度；最后用振动响应功率谱密度缩比公式预示新飞行器的振动环境。

对于再入飞行器而言，主要振源是再入飞行中飞行器表面的脉动压力，也叫气动噪声。目前对脉动压力及其功率谱的确定主要还是通过工程估算的方法获得。文中计算得到了新飞行器和参考飞行器的表面脉动压力功率谱密度，如图1所示。

        按照g_n(f)=[j _n(f)/ j_r(f)]·(w_r/w_n)²g_r(f)，对新飞行器在所有频率内的振动响应功率谱密度值从参考飞行器到新飞行器的均方根脉动压力功率谱密度和质量面密度的比例进行缩比，其计算结果见图2。式中，g_r(f)为参考型号的飞行实测振动功率谱密度值；g_n(f)为新型号的振动响应功率谱密度值；j_n(f)为在新型号外表面的均方根脉动压力功率谱密度值；j_r(f)为在参考型号外表面的均方根脉动压力功率谱密度值；w_r为参考型号的表面质量密度；w_n为新型号的表面质量密度。

    利用外推方法预示的振动环境，为环境条件的制定提供了初步依据。此方法不需要对飞行器结构进行详细的描述，易于实现，但是使用外推法的前提条件是必须具有与新飞行器结构相似的参考飞行器的飞行实测数据。