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航空与航天设备 |
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Alenia Spazio公司运用LMS仿真软件优化振动噪声性能 |
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newmaker |
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Alenia Spazio设定并开发出一套集成的试验/仿真流程，满足了人造航天飞行器内最严格的微重力和振动声学需要。一旦进入太空，机载空调和电力系统产生的噪声和振动就可能会影响科学试验，并对宇航员产生噪声干扰。作为设计和开发流程的一部分，Alenia Spazio使用LMS SYSNOISE预测空间系统在频率高达125Hz情况下的振动声学性能。Alenia Spazio成功地进行了专门的开发活动，并将所需的知识应用到工业领域，从而赢得了在微重力和振动声学设计流程方面的领先地位。去年12月份，重达19吨的Columbus空间试验室的飞行模型成功地通过了在德国EADS的振动声学和微重力鉴定试验。
Alenia Spazio是意大利的空间设备公司，广泛参加国际空间开发和集成项目。在电讯领域，它将所有Globalstar卫星一体化，用于移动电话的制造，同时负责欧洲伽利略卫星导航系统的开发。作为领先的合成孔径雷达和微波传感器制造商，Alenia Spazio成功地参与Envisat和很多其它的空间项目。它还为国际空间站设计并制造了大型增压体，协助发射、运输和收回系统的开发。除此之外，它还帮助实现很多科学卫星任务，参与了Rosetta火箭和Mars Express项目。
全新的突破性方法
一旦进入太空，宇航员会觉察到电力、供热、环境、音频和视频等设备产生极大的干扰与噪声，这是由于太空中没有空气，无法抑制其振动噪声的扩散。除舒适度外，还需要创造微重力条件，并借助科学仪器来进行成功的太空实验。为满足严格的要求，基于声压级的经典方法已经发挥到了极至。它们无法创建精确的热机械系统物理模型，也不能可靠地分析太空结构与振动声学的相互关系。
Alenia Spazio迎接了开发新方法的挑战，并从与EADS和ESA共同制定的概念设计验证策略开始。他们构思的方法是使用子系统厂商数据和飞船本身结构与振动声学传递率，来制作和分配贡献因子的框架结构。Alenia工程师把这种方法用于整个系统的微重力环境和可听到的噪声环境，同时还用于每个确定的独立干扰源。在连续模拟和试验的过程中，分配、定量和更新贡献因子是验证太空舱体设计的一种有效方法。当所有干扰源处于激活状态时，Alenia Spazio运行虚拟和平方根(RSS)估计方法，以评价微重力环境，同时采用声功率模型来模拟声学环境。
使用数学模型可以导出系统的结构和振动声学传递率，同时舱体也可以导入微重力环境和可听到噪声/人为振动环境。在优化舱体的设计过程中，这两种虚拟评估方法是基本的，因为在干扰源和结构硬件级别下，他们能够进行充分的设计修改。由于需要得出测评的宽范围频段和更高频段的过高模态密度，Alenia选择了两种不同的建模技术：在125Hz以下，使用LMS SYSNOISE确定性的有限元/边界元建模(FEM/BEM建模)技术，在125Hz到8000Hz之间的频率范围，使用统计能量分析建模(SEA)技术，这两种方法都可用于倍频程带通。
实践中应用的方法
20世纪80年代后期，Alenia选择其设计方法，优化ASI MPLM项目的振动声学性能。MPLM是一个太空舱，它被太空船反复运送到ISS空间站，以实现空间站的补给。Alenia Spazio在这个项目的成功表明：新近引入的方法具有很大的潜力。因此，Alenia Spazio决定进一步开发和优化其模拟功能，以及与结构、声学和振动声学传递率相关的受压舱体试验策略。
进行声压级（SPL）测量的内部麦克风布局
第二个项目从1996年开始，主要针对一个空间狭小的太空实验舱，此项目的构思主要源自哥伦布轨道设施（COF）的设计。Pietro-Carlo Marucchi-Chierro，在Alenia Spazio负责振动声学与微重力的专家，解释道：“在这个太空实验舱中，我们建立了一个封闭的内部声学空腔，由柱形外壳、前向锥体和虚导轨、气压过渡舱和通气口板组成。在柱形壳内安装了两根虚导轨，使其显示出真实机械导轨与外壳间的干涉和能量传递路径。我们采用交互式流程，包含使用LMS SYSNOISE和集成的实验测量数据。有限元模型让我们可以精确地模拟流体和结构、结构和声学模式，以及能量传递之间的相互作用。”
在进行结构和模态验证试验之前，Alenia试验工程师为获得针对低高频测量的最佳传感器布置方案，进行了预分析。他们还采用了不同的激励形式，以保证后台振动噪声与气球和声功率源等激励源引入的噪声级之间的差别是10dB。Pietro-Carlo Marucchi-Chierro总结道：“预测的振动声学传递函数和测量的振动声学传递函数之间高度的相关性说明理论假设的可靠性和LMS SYSNOISE定义微重力、轨道环境与振动声学传输路径的能力。” 
导出振动声学传递函数的结构激励。
工业领域的检验
关于这个课题的另一个开发项目是Alenia Spazio进行的关于列车车厢的项目，这也是欧共体基金项目。Alenia研究人员首先得出列车的内部声学环境、声学和振动声学传递路径，以识别出最有效减少内部声学干扰的列车面板。LMS SYSNOISE创建的有限元/边界元模型中，他们使用主动激励结构替换掉干扰最大的列车面板。LMS SYSNOISE与SEA模拟结果为优化和改进主动噪声降低系统的控制提供了大量帮助，能够使31.5Hz到2000Hz频段之间的内部噪声减少到20dB以下。
此项目还显示出测量结果与模拟结果之间相关性的满意度。列车车厢和空间实验室项目让Alenia Spazio逐步优化其专门的模拟、试验和相关性方法，同时还更新了它创建的压力舱振动声学模拟的相关数据库。
最近，Alenia Spazio参与了NASA/Node 2空间登月舱的开发，旨在把MPLM和Columbus舱体安全地跟ISS连接起来。2003年6月，Alenia为NASA提供了Node 2舱体的核心单元，此单元成功通过了微重力和可听见噪声/人为激励的鉴定试验。后来，NASA对整个Alenia Spazio团队一年来在设计和整合方面的付出，最终帮助其完成这项成果而表示感谢。Alenia Spazio还将其所有的经验用于其它ISS舱体的设计和开发，即ESA/Columbus空间实验舱。
Pietro-Carlo Marucchi-Chierro评论道：“去年12月在德国不来梅的EADS，成功地完成了飞行器模型上微重力和可听见噪声/人为激励的鉴定试验是Columbus项目的里程碑。Alenia Spazio在最近项目中获得的成功无疑证实了环境声学/微动力设计和开发方法的正确性。迄今为止，Alenia Spazio开发出MPLM, Node 2 和Columbus舱体，以及目前唯一可以满足NASA NC 50声学要求的载人ISS舱体，同时它还能提供一个占地球重力百万分之一的微重力环境。”
对大型空间项目的贡献
Alenia Spazio创新通用方法的应用证明了此种方法能够给高度复杂的工业应用带来增值价值。Pietro-Carlo Marucchi-Chierro总结道：“这种方法打破了高度复杂的载人太空交通工具的开发方式，因为它能通过模拟每个贡献源的机械和声功率来控制由机械产生的干扰。这种模拟是非常必要的，能够评价和优化声学对舱体内工作人员的影响，以及机械对舱体内所附科学有效载荷的影响。还有使用这种方法，子系统厂商不再需要完整的集成舱来验证其设计的质量。”(end)
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| 文章内容仅供参考
(投稿)
(4/9/2010) |
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| LMS仿真与试验解决方案联系方式：
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| 网址： |
http://www.siemens.com.cn/plm/lms
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电话：86--4000920665 |
| 地址： |
中国·北京·北京市朝阳区望京中环南路7号西门子大厦9层 邮编100101 |
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