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LMS仿真与试验解决方案
LMS仿真与试验解决方案 (编号 1107) http://www.siemens.com.cn/plm/lms
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通用动力公司快速地进行卫星试验以获得竞争优势
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LMS Test.Lab和LMS SCADAS III的实时功能在通用动力全新的未来工厂中发挥着非常关键的作用

当人造卫星必须运到外场试验室进行各种各样的试验时,这是最令人头疼的,因为这样会花费很多宝贵的时间。而且价格昂贵的卫星部件也容易在运输过程中或在试验过程中由于没有小心控制而受到损坏。这些危险在现代全新的“未来工厂”中都可以得到削弱。未来工厂是由位于亚里桑那州吉尔伯特的Spectrum Astro公司提出的构想,于2004年2月完全投入使用。Spectrum Astro是人造卫星设计和制造方面领先的主要承包商,最近被通用动力公司的通用动力C4系统事业部收购。

工厂拥有占地十三万五千多平方英尺的装配和试验空间,包括测试航天飞机级卫星的前沿振动声学试验室。62英尺高的机架支持重达11000磅大型人造卫星的装配和测试。现有项目包括NASA的10000磅Gammaray大型区域空间望远镜(GLAST)。在同一试验室中,这些复杂精密的卫星系统还在使用LMS Test.Lab和176通道的LMS SCADAS III系统进行测试。LMS系统控制着整个试验流程,当超过预定极限时,触发器自动进行保护,同时实时分析数据并立即显示结果。测试过程是恰当设计并制造卫星的保证,同时也是理论上卫星无故障离开地面升空的保障。这就是工程师检验敏感负载在发射、飞行和展开过程中是如何承受重力、冲击和振动的。

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详尽的试验用来模拟发射过程

在声学试验过程中,卫星将处于高达160dB声压的环境,此环境是由模拟强大发射声学环境的高强度射声器来实现的。三分之一倍频程带宽控制用于实现在25-1600Hz,甚至是10000Hz的频谱范围内振幅和频率的分布曲线。曲线图符合如Delta、Titan、Pegasus、Taurus或者Atlas火箭等特殊运载工具的声音输出。同样,也可以使用合乎运载工具类型的曲线图来进行振动试验。通常,曲线图包括一定范围的随机振动和正弦扫描。为了进行这些试验,卫星将放置在重量为65000磅、最大可以产生两英寸冲程的激振台上。

模态试验主要用于在卫星开发过程中验证模态振型和共振频率,这些都是之前通过对整个结构和各个子系统和部件进行有限元分析计算得到的。这个试验中,一组“激励源”(在特定位置产生精确输入载荷的小螺线管)激励安装在800000磅模态振动台上的结构,振动台不受周围振动噪声的影响。同样在开发过程中还需要进行静态载荷试验。在此试验中,卫星的结构及其子系统将受到液压作动器压缩的“推力”和舒张的“拉力”,以模拟在发射和上升时承受的恒定的重力。安装在结构上的传感器测量应力、应变和偏差,这些数值会和先前有限元分析计算的结果进行比较。

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安全性和效率是关键

对于卫星公司来说,不幸的是经受测试的卫星通常会在时间上产生延迟,这样可能会对结构复杂的唯一设备造成危险。高级的卫星可以大如一幢房子,而精密的结构部件,如展开的太阳能电池板和天线等,会像蛋壳一样脆。机载仪器通常包括人们熟知的许多最复杂的(难以处理的)、光学的、红外的,和磁性的仪器系统。为卫星在太空中提供生活所需的动力和内置智能系统的敏感电子元件非常复杂,其关联部件和子系统非常容易由于振动而变得松散。

传统的试验系统通常在整个开发流程中会遇到瓶颈。有时系统会花费几个小时来处理巨量数据并打印结果。这样的瓶颈可能造成开发过程中长期的时间延迟,直到最终的振动声学验收试验开始运行为止。要让卫星厂商信任一套让他们等待很久才能得到结果,并对高级环境试验无法进行全权控制的系统,这需要进行很多的试验。为克服传统系统的局限性,通用动力未来工厂配备了LMS SCADAS III数采前端和LMS Test.Lab软件,精确地控制试验流程。当超过设定极限时,触发器自动进行保护,同时进行实时的数据分析,并显示结果。

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高级数据采集和控制

使用LMS Test.Lab,可以进行实时控制,这样每一通道的每组数据采样都可以与用户设定的极限值进行比较。当接近或超过安全极限时,系统就会通过控制环路启动结束试验的命令,自动结束试验。快速获得试验结果在卫星试验中极其重要。LMS系统在此最大的价值就是实时采集和分析试验数据,而不像其它系统一样等上数个小时。结果几乎可以立刻显示出来,在运行结束时只需点击一下鼠标,批处理可以提供硬拷贝,同时每秒可打印三页。通过桌面功能可以在线使用试验结果,如浏览结果,分析感兴趣的特定区域,并生成报告。无论对于开发部件级试验,还是验证和鉴定试验,直至最终的验收试验,实时数据采集和分析都是各级试验的一部分。

实时采集和分析的优势

在开发试验中,工程师可以从模态试验和静态载荷试验中即刻得到反馈,以验证其有限元分析计算和相关的设计和动态模型。这样能够使设计工程满足从投入到产出的最终期限,还可以尽可能更快、更早地解决潜在的问题。实时功能还可以推动鉴定试验和验收试验的进行,不会对振动声学低激励级试验以上的试验造成任何时间上的延迟。为保护昂贵的硬件,试验从较低等级开始,并逐步提升。这样需要一系列的5个或者10个步骤。每个步骤之间如果为得到结果等待数个小时,那么会将整个试验拖延几个星期,甚至更长时间。运用LMS实时功能,同样的工作几天内即可安全完成。这样可以节约大量时间,同时还将试验设备空闲出来使用到其他的工作中,从而降低了支出;还避免了试验操作员、项目经理和其他相关人员派到外场数月进行试验所付出的高昂费用以及带来的不便。拥有快速试验系统的另一重要优势是其他公司将试验项目转包给通用动力时获得的额外业务。

实时功能在验收试验中具有极其重要的作用,当压力启动到可以成功地进行试验并快速地得到结果时,项目按预定时间进行。验收是卫星项目中的关键点,它意味着“鸟儿”可以准备起飞了,发射权威部门也可以批准卫星发射了。从合同上来说,这意味着几百万美元项目的结束,因此需要尽可能快地得到准确的数据,而不对硬件造成任何损坏。在整个项目这样关键的时刻,对于卫星公司来说,采用LMS产品提供的强大功能可以极大地减少设计风险。
文章内容仅供参考 (投稿) (8/22/2012)
LMS仿真与试验解决方案联系方式:
网址: http://www.siemens.com.cn/plm/lms 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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