飞机结构件振动环境试验：核心技术与工程实践初探

振动环境试验是环境试验中的重要试验项目之一，在新机研制和老机改造中，机载设备和关键结构件的振动验证试验是不能缺少的。本文根据多次试验经验，对振动环境试验的关键技术，振动环境的综合试验技术进行了探讨。

一、定义

1.一般结构

指试验件及试验夹具合重量小于振动台静载极限，试验件与试验夹具的空间尺寸小于振动台台面尺寸3倍以下的结构。

2. 大型结构

一般指试验件及试验夹具合重量大于振动台静载极限但小于1000Kg，试验件与试验夹具的空间尺寸在振动台台面尺寸3倍到10倍之间的结构。

3. 超大型结构

指试验件及试验夹具的合重量超过1000Kg，试验件与试验夹具的空间尺寸大于振动台台面尺寸10倍以上的结构。

二、飞机结构振动环境试验关键技术

1. 振动载荷谱

航空航天装备标准强调以实测数据作为确定试验量值的依据，只有在缺乏实测数据的情况下才运用标准中所给的公式计算试验量值，这是因为，作为通用标准的规定是一种数据综合，其结果必然是对某些设备或某些设备在某些频段上是过试验，也可能是欠试验，而且据美国国防部支技的独立环境试验室研究表明，现行的美军标提出的试验方法用于大型薄壁结构是不真实的，所以，大型及超大型结构的振动试验谱建议优先选用实测谱，即通过实测数据归纳而得出的试验谱。

激励方式大致分为三种。

（1）单振动台垂直激励

这是一种被广泛应用的激励方式。这种激振方式的优点是简便、易行，只要夹具设计成功，能真实地模拟试验边界条件。缺点是因单振动台台面支撑面太小，对大型及超大型结构来讲，系统的稳定性较差，夹具设计困难。

（2）双振动台激励

这种方法是通过两个振动台同向激振而达到并激的激励方式，优点是因为扩大了振动台台面，所以更能真实地模拟试验件的边界条件，同时双点支撑增加了稳定性，但双台并激控制技术，试验技术尚不成熟，故没有被广泛应用。

（3）单振动台加水平滑台激励

这种激励方式可以说是介乎单振动台激励与双台双激两者之间的一种方案，从稳定性、夹具设计难度、控制技术这三个方面来看，这种方案均比单振动台激励要好，但比双台并激要差。

由上可以看出，对大型、超大型结构而言，应优先选择单振动台加水平滑台及双振动台激励方式。

2. 夹具设计技术

目前，夹具设计有三种方法。

第一种方法是刚性设计；第二种方法是工程设计；第二种方法是动力学设计。

在实际中，要根据试验件及要求选择不同的设计方法，如对复合材料结构，因其比刚度大，比强度大，用工程设计方法就难以奏效。夹具设计完成后，还要对夹具进行动力学校核，以验证夹具是否满足力学要求。

3. 振动试验控制技术

振动试验的控制一般都是按试验标准或技术条件规定的运动参数（位移、加速度或加速度谱密度）规定的，原因是这些参数便于测量，但以包线运动数据规定的试验对于小型试件较为适合，对大型试件将会导致严重的过试验。

对于与其支持结构相比重量很轻的小型、坚固试件的振动试验，考虑到台面和夹具运动的不均匀性，一般选用多个控制点，用这些控制点的振动量值的平均值控制试验。对大型复杂试件，其夹具设计一般也比较复杂，夹具与试件连接点振动的不均匀性更严重，为了减轻试验的保守性，常采用最大值控制法，也采用平均值控制，这时控制点如果是输入激励点（夹具与试件连接点）就称为激励控制；如果是试件上的响应点就称为响应控制。

三、飞机结构件振动环境与其他载荷环境的综合试验

振动环境与高低温综合试验

目前，国内外生产的与振动台配套的高低温试验箱均是标准尺寸，只能满足一般小型飞机结构件的试验要求，但对大型及超大型结构件却需重新设计、加工高低温试验箱，需综合考虑试验要求及经费投入，一般需考虑到试验温度的精度，如温度场均匀度，温度升降率，温度误差等；其次，箱体与振动台的连接，包括连接的热桥、冷桥，振动台上下移动不能产生间隙而影响温度场；最后，试验件进入温度箱对温度场产生的影响，另外因为高低温交替循环还需考虑凝露的排放等。

振动环境与噪声的综合试验

这类试验主要需考虑两种载荷之间耦合影响的消除，这需要从试验设计、试验设备等方面分别考虑，即产生噪声信号的设备不能影响产生振动信号，产生振动信号的设备不能影响产生噪声，就目前的设备状况来看，振动信号的产生一般采用激振器为佳，在试验件外部罩一个不隔离衰减噪声信号的织物，试验件放置于混响室中，从而同时产生振动与噪声两种信号。

四、今后的发展

振动环境试验的目的就是为了真实再现试验件的典型振动环境，所以振动环境试验发展的趋势也是围绕这个目的。

三维振动环境试验技术

三维振动环境试验是指使用几个振动台同时激励试验件，使试验模拟实际使用中的三维空间，以更真实的考核试件结构的动强度及设备的可靠性，这种技术尚处于研究阶段。

夹具的设计

期望向更合理、真实地模拟实际支承结构动力学特性方向发展。MIL-STD-810F 也提出了这个思想。

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