为了证实飞行器装配和设备的空间价值,欧洲航天局(ESA)采用模块化LMS Test.Lab Enviromental环境试验系统,在其荷兰的技术中ESTEC进行飞行器鉴定和验收试验。LMS公司的试验系统具有552通道,是ESA先前使用的系统通道数的两倍。欧洲航天局的复杂样机通常对噪音和振动激励非常敏感,LMS试验系统能够帮助其进行更有效的试验。LMS振动控制软件和四个独立的LMS SCADAS III前端工作站,以及LMS Test.Lab采集和在线处理软件,使ESA有效地保护试验样机,最大化数据安全性,并同时进行多项试验任务。若一项试验中运行所有的处理系统,ESA就能够鉴定欧洲最大的空间设备,例如自动化运输车(ATV),一种为国际空间站定期运输补给而设计的飞船。
欧洲最具挑战性的飞行器
为了能够实现2006年的发射和飞行任务,20吨级无人ATV模块——安装在特定的Ariane 5发射装置上——必须能够承受极大的垂直重力和巨大的助推器噪声。火箭发射升空大约九分钟后,会去除导流罩(fairing panel)和主要的低温燃料级,其上一级将携带圆柱形ATV进入260千米高空中的圆形轨道。一旦围绕地球的轨道运行到一半,ATV将分离出来,并向国际空间站航行,自动对接俄罗斯的Zvezda飞船。
显而易见,在飞船发射之前,模型样机、试验模块和真实的飞行装配过程要根据非常严格的测量程序进行室内外试验,以确保他们能够实现预期的目标。在欧洲航天局的技术中心ESTEC,ESA使用专门的试验设备,为空间设备和零部件进行各种试验性机械测试。除了具有包括大型电伺振动台和液压振动台系统的环境振动试验场,ESA还拥有欧洲最大的声学试验场(LEAF),能够重现真实的发射和飞行噪声载荷。
根据试验标准,我们将LMS处理试验台同时用于多项试验任务,
或者在一项多通道数试验任务中使用所有的试验台。 实时处理系统环绕于试验样机
Two years ago, in replacement of its 15-year old data acquisition system, 两年以前,ESA采用先进的新环境试验系统,替换使用了15年的数据采集系统。整个试验解决方案结合了LMS Test.Lab环境试验软件和LMS SCADAS III硬件系统,总计提供512个数据采集通道和40个振动控制通道。新系统可以验证飞行器结构装配的数学模型,为飞行器飞行模型进行振动噪声验证试验,还可以进行装配和冲击试验。整体试验系统的操作由一个主控制工作站并行控制,四个试验台系统——环绕式放置在试验对象周围——处理并分析海量输入数据。每个试验台系统都可以独立连续地处理128通道的采集数据,实时显示测量结果,并可以在完成试验任务后很短的时间内生成数字和纸版的报告。
在ESA最大的欧洲声学试验场,无人控制的20吨ATV模块正在准备进行动力学试验。 ESA机械工程部的试验经理Gaetan Piret先生认为,相互独立的便携式128通道数据处理试验台系统的使用,有效提高了灵活性、工作效率和数据安全性。“根据试验标准,我们将LMS系统同时用于多项试验任务,或者在一项多通道数试验任务中使用所有的试验台。这种方法加速了小型飞行器和设备子系统或零部件的试验速度,双倍通道数试验可以更细致地了解卫星整体。采用四个独立处理试验台另一个优势在于,在严重意外或崩溃的情况下,他们能够将频率数据损失降低至25%,极大减少了风险或损坏。而其他系统会潜在地把所有的数据都放在危险的境地。此外,通过LMS Test.Lab并行输出的功能,我们能够重新处理任何丢失的信息,其可靠性是其他的数字磁带记录无法比拟的。”
流程化预试验程序和试验样机的保护措施
LMS Test.Lab直观并以试验过程为中心的特点,能够轻松实现飞行器总成和零部件的长时间试验任务,还可以提供简便的可重复的试验程序,并尽可能地保持数据一致性。早在预处理阶段,系统就可以方便地加速试验人员的工作效率,为精确的测量操作准备试验设置。Gaetan Piret先生解释道:“在所谓的‘点击-试验’过程中,操作者可以方便地运行自动化程序来验证传感器对锤击激励的响应。这样比过去速度快了很多,过去完成相同的任务需要两位操作者逐个通道进行。”LMS Test.Lab通过自动读取并处理TEDS(智能传感器)传感器信息,包括传感器名称、方向、序列号、灵敏度和标定有效性,确定设备运行状态。 “LMS Test.Lab友好的用户界面,能够帮助我们将预试验时间缩短几个小时甚至一整天。”Gaetan Piret先生说。“为了进一步流程化试验准备工作,我们还采用了接线面板的概念,在试验样机的设备线和试验系统的处理设备(以及振动控制台)之间建立连接接口。这种直连方式提供了很大的灵活性,只要连接上多个接线面板,我们就能够快速连接LMS试验设备和任何测试对象。”
一旦试验准备开始,安装在振动台上的试验样机按照确定的激励模式进行试验。通过LMS Test.Lab闭环振动控制台,激励模式可以精确地匹配预先定义的载荷要求。在试验进行过程中的任意时刻,都能够监测并精确测量结构上细微的共振现象,这样可以确保试验样机获得最好的保护。通过实时严密监视关键装配部件的振动大小,LMS振动控制能够防止过试验和避免试验样机受到来自其他方面的损伤。如果有需要的话,还可以预先设置安全激励模式,一旦达到安全界限,试验就会终止。
每套由LMS Test.Lab驱动的处理站独立管理128采集通道的连续数据处理,
实时显示测量结果,并且在完成试验任务后很快地提供数字化和打印的报告。 测量高精确度和数据一致性
采集至系统的测量数据流,能够由LMS Test.Lab精确的缩减线处理软件进行正弦、随机、声学或冲击信号处理。其显著特点是,使用所有通道,通程数据也能够保持25.8KHz的采样率。为了确保试验系统在振动控制和处理之间不会出现错误匹配,振动控制状态信息可以有系统地在所有处理试验台之间共享。这些信息如同为所有采集和处理的数据贴上“实时性标签”,当开始下一级随机激励试验任务时,还可以自动重新设置数据采集程序的平均计算。这些自动化功能避免了手工设置和处理的误差,减少了试验结束后额外的重复处理。
LMS系统的另一个特点是LMS SCADAS III集成了电荷传感器和电桥传感器调理,加强了数据一致性。LMS Test.Lab可以监测传感器调理设置和所有相关的数据管理,因此,使用LMS Test.Lab能够减轻处理大量外部调理单元的工作量。“LMS数据采集和在线处理功能具有卓越的品质和性能,再结合高品质的传感器和传感器性能的提升,帮助我们将测量精度提高了50%。”Gaetan Piret说。
LMS Test.Lab大幅度提高试验灵活性
试验现场的工程师能够观察(已计算的)在线数据结果,这些显示结果关系到各个公司制造的子部件性能,使得工程师能够做出有效的决策。一旦试验结束,对所有参与测试的试验台的结果数据库进行整理,数字批处理报告功能可以预先定义并直接生成PDF格式文件。LMS Test.Lab还可以在现场以每秒三页纸的速度打印报告,将所有报告在试验结束后的数分钟内全部打印出来。对于特殊的试验任务,ESA公司使用LMS Test.Lab灵活的Microsoft Office兼容功可以快速生成报告,并且以层叠的图形数据形式显示结果数据的比较。为了不依赖于纸质报告,ESA公司计划连接数个计算机工作站,这样就可以让承包商代表能够直接获取任何类型的数字化信息,而无须考虑试验是否正在进行。
根据两年来使用新LMS Test.Lab Enviromental环境试验系统的体验,Gaetan Piret总结了LMS系统如何加强ESTEC的机械试验能力,“这是明确的事实:使用新系统,我们缩短了试验时间,能够同时处理原来两倍测量通道数的数据。试验过程的简化立即降低了试验成本。双倍的通道数相应地扩展了我们的测试能力,使我们能够处理大型的试验,执行更复杂的试验任务,同时还可以运行多种试验。LMS Test.Lab的灵活性甚至使我们更进一步,能够快速地在声学和振动两种不同试验之间相互切换,并且能够直接连接非标准试验设备。总之,LMS试验系统以卓越的精确度和高度的数据一致性帮助我们有效地执行环境试验操作,并且提供了更高的试验可靠性和高效率来支持我们未来的欧洲航天项目。”(end)
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