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美国NASA—STD—7003爆炸冲击试验标准简述 Vol9No.3航天器 ④一7/ ACECRAFTENGIN 第9卷第3期 2000年9月 美国NASA.STD.7003爆炸冲击试验标准简述 VI6金恂叔(北京卫星环境工茬荐.北京l00029) 摘要彳卜绍7美国NASA的航天器爆炸冲击试验标准.标准阐述7爆炸冲击 环境的特点,环境预示方法.以及爆炸冲击试验模拟技术等. 关键词爆炸冲击环境.爆炸冲击试验 1前言MeA一 .NASA. 叫, 在航天器上一般都使用了许多不同类型的火工装置,来进行结构分系统的别离,伸展件的 解锁,以及启动航天器上某些部件的工作等.当这些火工装置工作时会产生剧烈的爆炸冲击 载荷.它们也可以是由于结构预加载贮存能量的释放或是由于炸药或推进剂触发引起结构件 之间的碰撞所造成.资料统计说明.许多飞行硬件的故障是由于爆炸冲击载荷的所致,某些甚 至导致任务的灾难性失败.美国曾有人对1960～1977年问发射的航天器早期故障进行统计 分析,发现因爆炸冲击引起的故障相当多.这一方面说明了爆炸冲击环境的破坏性.也与当时 对爆炸冲击环境认识缺乏.试验不充分有关.爆炸冲击引起的故障有晶体,陶瓷,环氧树脂,玻 璃外壳等脆性材料的碎裂;焊接点及导线接点的断裂,密封损坏;污染颗粒的迁移,继电器和开 关的颤抖和转换;此外会引起微电子芯片之类轻质结构件的变形.但另一方面,爆炸冲击引起 主结构件的变形或损坏却很少见;除非是在紧靠冲击源的区域,才可能会发生结构损坏. 有鉴于此,在研制航天器的过程中.充分了解所用火工装置的特性,在设计中正确估计这 种环境.对易受爆炸冲击环境影响的元器件和部件采取防护措施,同时在研制过程中进行必要 的冲击环境试验,是十分重要的.从国外情况来看,对爆炸冲击环境历来给予相当的重视.而 近年来似乎有增无减.NAsA制定并于1999年5月公布了标准NASA.STD.7003〞爆炸冲击 试验标准〞.而新修订的美军标MIL-STD一810F把爆炸冲击试验由原先的〞冲击〞试验方法中 分开,专fill1进了关于爆炸冲击试验方法一节,充分说明了对爆炸冲击的重视. 该标准分以下几局部: 1)范围包括目的,适用性,背景三局部; 2)适用文件主要引用标准为NASA-STD一7002〞有效载荷试验要求〞; 3)简缩词,符号和定义定义局部给出了爆炸冲击特性及其描述,环境试验的标准及组装 级别的划分: 4)要求该局部为标准的主要内容,它包括试验原理,最高期望飞行环境,试验余量和试 验施加次数,试验标准,试验方法和设施,数据采集,数据分析和试验控制容差等; 收稿日期:2000—05—2l 3期盒恂叔:美国NASA.STIr7003爆炸冲击试验规蘸煎堕§ 5)附录共有三个,即爆炸冲击环境预示,最高期望环境确实定和参考文件; 在标准的第一章中指出,该NASA技术标准是为NASA的航天器,有效载荷和运载器硬 件在制定验证过程的研制,鉴定,飞行验收及/或原型飞行(PF)试验阶段爆炸冲击标准时提供 一 个统一的方法.它是作为向NASA各方案和工程推荐的工程实践方法提出的,可以作为技 术文件或指导性的参考材料在合同或方案中引用.该标准或其条款是否适用,需由方案/工程 的管理部门及执行的单位来确定.并在合同或标准中对标准的个别条款进行剪裁(即修改或取 消)以满足特定方案/工程的需要与限制. 2爆炸冲击的特点 在标准中将爆炸冲击的特点概括为:具有顶峰值加速度(300—300.000g).高频成分(可达 lMHz)和短的持续时间(短于20ms).这些特点在很大程度上依赖于火工装置类型,尺寸和强 度.同时取决于结构传递路径的特性(包括结构类型和形状,接头,紧固件和其它间断形式).也 取决于所考虑响应点到冲击源的距离.火工装置一般可分为点源和线源.二者也可结合使 用. 由于爆炸冲击的高频成份,许多能够经受包括随机振动在内的各种低频动力学环境的硬 件单元或小型组件却易于固爆炸冲击而失效.而且.由于高频成份使分析计算方法不适用于 爆炸冲击载荷的验证工作,必须通过实验手段来进行验证,因此.爆炸冲击试验对保证任务的 成功是十分重要的. 标准把爆炸冲击环境分为三个区:近场,中场和远场.这三个区环境的差异在于其谱成份 和量级不同,但这种分区又和爆炸冲击装置的类型和强度,冲击源到硬件的距离,中间结构的 构造特点有关.这三个区分别为: a.近场(near—field)环境 它主要由来自冲击源的冲击波直接传播所决定.引起的峰值加速度通常超过5000g.同 时在100kHz以上有很高的谱分量.对强冲击源,例如大多数线源.近场区通常包括在源15cm 内的结构部位(除非中间有结构不连续点).对不很强的冲击源,例如大多数点源.近场区大约 在冲击源的3cm以内的部位.良好设计的航天器