一種運載火箭發射燃氣流噪聲監測系統的製作方法
2023-05-29 22:54:56
一種運載火箭發射燃氣流噪聲監測系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種運載火箭發射燃氣流噪聲監測系統核心，該系統由近場噪聲測試陣列裝置和遠場噪聲測試陣列裝置組成。近場、遠場噪聲測試陣列裝置均均以運載火箭箭體為對稱中，構建「匚」形噪聲測試柵格網，依託「匚」形噪聲測試柵格網安放系列、均布矩陣式噪聲測試陣列。其中，近場「匚」形噪聲測試柵格網以發射平臺臺面外邊緣為輪廓，由豎直、均布安放於發射平臺檯面上的立杆組、水平、均布安放於臺面立杆組上的橫杆組構建而成。遠場「匚」形噪聲測試柵格網以包含發射平臺、發射場導流槽進、出口為參考外輪廓尺寸，由豎直、均布安放於發射場坪上的立杆組、水平、均布安放於場坪立杆組上的橫杆組構建而成。近場「匚」形噪聲測試柵格網與遠場「匚」形噪聲測試柵格網相對安放，互為參照，互為補充。
【專利說明】一種運載火箭發射燃氣流噪聲監測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及火箭發射領域，尤其涉及一種運載火箭發射燃氣流噪聲監測系統。
【背景技術】
[0002]火箭發射燃氣流對火箭、發射系統的噪聲影響一直是火箭發射技術研發、發射系統專項設備研製、火箭專項噪聲控制等領域關注的問題，這些領域均已投票入巨資進行專項噪聲控制技術、產品原理及驗證研究，相關研究中很重要的一項工作是檢測並評估火箭發射燃氣流場噪聲參數，為此提出了很多簡易或系統檢測方法以適應不同技術形式的火箭發射噪聲聲源及傳播環境。
[0003]目前，火箭發射燃氣流噪聲監測主要依託運載火箭發射系統結構條件在發射系統結構上搭載布置有限測點測試專設位置噪聲參數，這種測試受發射系統結構條件(如平臺及勤務塔結構條件)限制，測試的噪聲參數往往難以反映火箭發射燃氣流噪聲特性，一些條件下受發射系統結構條件嚴重幹擾導致噪聲參數失真，同時由於測點有限，難以反映發射燃氣流噪聲傳播規律及發射燃氣流噪聲聲源位置動態變化規律，從而不能系統、精細地評估箭體及發射系統對燃氣流噪聲的影響，並且目前噪聲監測形式僅適用於單噴管火箭發射燃氣流燒蝕與噪聲檢測、評估，不適合運載火箭特別是捆綁式運載火箭發射燃氣流燒蝕與噪聲檢測、評估。這主要有三個方面的原因:一是運載火箭多噴管燃氣流相互幹擾效應明顯，造成燃氣流噪聲參數測試、分析特別困難；二是運載火箭往往採用不同種類的發動機以適應特殊發射技術能力要求，這在特別是捆綁式運載火箭的芯級發動機、助推級火箭發動機應用方面更加突出，造成燃氣流噪聲特性專項測試、分析(如頻譜分析)難；三是運載火箭發射平臺擾動效應突出，燃氣流噪聲影響必須充分考慮發射平臺的結構擾動效應。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對現有技術存在的問題，提供一種運載火箭發射燃氣流噪聲監測系統，基於該監測系統可以監測、評估運載火箭發射燃氣流噪聲規律及影響情況，該監測系統同時適用於單噴管火箭、非規則火箭、太空飛行器發射及飛行燃氣流噪聲規律及影響情況。
[0005]上述目的是通過下述方案實現的:
一種運載火箭發射燃氣流噪聲監測系統，其特徵在於，所述監測系統近場測試陣列裝置、遠場測試陣列裝置；其中，所述近場測試陣列裝置為「匚」形噪聲測試陣列，該近場測試陣列裝置包括三個豎直的柵格網平面支架，該三個柵格網狀平面支架圍繞運載火箭，以運載火箭箭體為對稱中心，以發射平臺臺面外邊緣為輪廓，以運載火箭待發射狀態運載火箭與發射平臺的組合體對稱面為開口端面，以待發射狀態運載火箭箭體高度為參考高度，由豎直、均布安放於發射平臺檯面上的立杆組、水平、均布安放於臺面立杆組上的橫杆組構建而成；所述遠場測試陣列裝置也為「匚」形噪聲測試陣列，該遠場測試陣列裝置也由三個豎直的柵格網平面支架以及安裝於平面支架上均布、構成三個矩陣網的傳感器陣列組成；三個柵格網狀平面支架圍繞運載火箭，以運載火箭箭體為對稱中心，以待發射狀態運載火箭箭頂離發射場坪高度為參考高度，以包含發射平臺、發射場導流槽進、出口為參考外輪廓尺寸，由豎直、均布安放於發射場坪上的立杆組、水平、均布安放於場坪立杆組上的橫杆組構建而成。
[0006]根據上述的運載火箭發射燃氣流噪聲監測系統，其特徵在於，所述近場測試陣列裝置的敞口方向與所述遠場測試陣列裝置的敞口方向相對設置。
[0007]本發明的有益效果:本發明的噪聲監測系統可以在不影響火箭安全發射、不增加額外的燃氣流擾動條件下便捷地測試燃氣流噪聲參數，主要包括燃氣流噪聲聲壓、聲強參數，基於這些參數結合氣動噪聲基本理論及試驗數據處理方法可以評估運載火箭發射噴流噪聲特性，如發射噴流噪聲聲源區域變化及噪聲聲功率特性等。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是本發明的運載火箭發射燃氣流噪聲監測系統方案正視圖；
圖2是本發明的運載火箭發射燃氣流噪聲監測系統方案右視圖(也即圖1的右視圖)； 圖3是本發明的運載火箭發射燃氣流噪聲監測系統方案俯視圖(也即圖1的俯視圖)； 圖4是本發明的遠場噪聲測試陣列裝置方案正視圖；
圖5是本發明的遠場噪聲測試陣列裝置方案右視圖(也即圖4的右視圖)；
圖6是本發明的近場噪聲測試陣列裝置在平臺上的布位示意圖；
圖7是本發明的近場噪聲測試陣列裝置方案正視圖；
圖8是本發明的近場噪聲測試陣列裝置方案右視圖(也即圖7的右視圖)。
【具體實施方式】
[0009]參考圖1-圖8，運載火箭發射系統設在場地6上。運載火箭發射燃氣流噪聲監測系統主要基於發射系統條件特別是發射系統結構規模構建，採用兩套測試陣列裝置實現運載火箭燃氣流噪聲的精細化監測。兩套測試陣列裝置中一套為遠場測試陣列裝置1，一套為近場測試陣列裝置2。
[0010]遠場測試陣列I主要用於測試運載火箭整個發射過程發射系統噪聲聲源特別是高聲強聲源的動態分布與變化規律，適用於監測整個發射系統特別是發射平臺5、發射場導流槽等陣地設備、設施結構及孔口(分別於圖3顯示了導流槽出口 9、圖6顯示發射平臺導流孔組17及導流槽出口 18)對發射噴流噪聲聲源變化情況，分析聲源擾動對運載火箭箭體3的影響，如測試分析發射平臺5附近的導流孔組17的聲學「瓶口效應」以及平臺臺面的「牆壁效應」對運載火箭箭體噪聲增強程度。
[0011]近場測試陣列裝置2主要用於測試運載火箭發射起飛過程中運載火箭箭體3附近的噪聲分布，以及噪聲隨運載火箭箭體高度、運載火箭起飛高度的變化規律，藉以在不增加運載火箭箭體3測試負擔的情況下據此評估發射階段箭體噴流噪聲規律以及噪聲對箭體的影響。
[0012]參考圖6-圖8，近場測試陣列裝置為「匚」形噪聲測試陣列，該近場測試陣列裝置由三個豎直的柵格網平面支架以及安裝於平面支架上均布、構成三個矩陣網的傳感器陣列21、24組成。三個柵格網狀平面支架圍繞運載火箭，以運載火箭箭體為對稱中心，以發射平臺臺面外邊緣為輪廓，以運載火箭待發射狀態運載火箭與發射平臺的組合體對稱面為開口端面7，以待發射狀態運載火箭箭體高度為參考高度，由豎直、均布安放於發射平臺檯面上的立杆組20、23以及水平、均布安放於臺面立杆組上的橫杆組19、22構建「匚」形柵格網。在「匚」形柵格網的「匚」形橫條上配置空間坐標相對規整、水平等間距噪聲測試孔並安裝相應尺寸的噪聲傳感器，最終噪聲傳感器組在「匚」形柵格網三個平面上形成三組「矩陣式」噪聲測試陣列21、24，即構建成遠場「匚」形噪聲測試陣列。「匚」形近場噪聲測試陣列裝置高度必要時應能涵蓋運載火箭箭體高度及一定範圍的起飛高度。「匚」形噪聲測試陣列基於發射平臺臺體構建是為了充分利用發射平臺臺體結構規模形成的空間，不影響運載火箭等發射階段設備進臺面操作及圖1-圖3所示的多功能服務塔4上的運載火箭高位操作平臺作業與回收，同時方便發射人員進入「匚」形噪聲測試陣列空間內對發射平臺、運載火箭進行檢測、清理作業。
[0013]參考圖1-圖5，遠場測試陣列裝置也為「匚」形噪聲測試陣列，該遠場測試陣列裝置也由三個豎直的柵格網平面支架以及安裝於平面支架上均布、構成三個矩陣網的傳感器陣列11、14組成。三個柵格網狀平面支架圍繞運載火箭3，以運載火箭3箭體為對稱中心，以待發射狀態運載火箭3箭頂離發射場坪高度為參考高度，以包含發射平臺5、發射場導流槽進、出口 9、18為參考外輪廓尺寸，由豎直、均布安放於發射場坪上的立杆組13、16以及水平、均布安放於場坪立杆組上的橫杆組12、15構建「匚」形柵格網。然後在「匚」形柵格網的「匚」形橫條上配置空間坐標相對規整、水平等間距噪聲測試孔並安裝相應尺寸的噪聲傳感器，最終噪聲傳感器組在「匚」形柵格網三個平面上形成三組「矩陣式」噪聲測試陣列11、14，即構建成遠場「匚」形噪聲測試陣列。遠場「匚」形噪聲測試陣列高度必要時應能涵蓋圖1-圖3發射運載火箭箭體坐落高度及一定範圍的起飛高度。
[0014]為適應運載火箭垂直起飛階段可能存在的相對對稱面稍許水平向飄移以及發射系統的非理想對稱性，本測試方案中，燃氣流噪聲近場「匚」形噪聲測試陣列與燃氣流噪聲遠場「匚」形噪聲測試陣列以發射系統對稱面為參考面相對安放。基於相對安放的燃氣流噪聲近場、遠場「匚」形測試陣列測試結果進行氣動噪聲綜合分析，可以比較精細說明運載火箭飄移及不對稱發射系統設備帶來的噪聲聲源不對稱分布及噪聲不對稱傳播規律。
[0015]圖1-圖8所示運載火箭發射燃氣流噪聲直接測試方案雖然基於特定捆綁式運載火箭發射系統構建，但可以比較容易地移植於其它形式的運載火箭甚至單噴管火箭的發射燃氣流噪聲測試與分析，也可方便地移植到縮尺度。運載火箭發射燃氣流噪聲直接測試與分析。
【權利要求】
1.一種運載火箭發射燃氣流噪聲監測系統，其特徵在於，所述監測系統近場測試陣列裝置、遠場測試陣列裝置；其中，所述近場測試陣列裝置為「匚」形噪聲測試陣列，該近場測試陣列裝置包括三個豎直的柵格網平面支架，該三個柵格網狀平面支架圍繞運載火箭，以運載火箭箭體為對稱中心，以發射平臺臺面外邊緣為輪廓，以運載火箭待發射狀態運載火箭與發射平臺的組合體對稱面為開口端面，以待發射狀態運載火箭箭體高度為參考高度，由豎直、均布安放於發射平臺檯面上的立杆組、水平、均布安放於臺面立杆組上的橫杆組構建而成；所述遠場測試陣列裝置也為「匚」形噪聲測試陣列，該遠場測試陣列裝置也由三個豎直的柵格網平面支架以及安裝於平面支架上均布、構成三個矩陣網的傳感器陣列組成；三個柵格網狀平面支架圍繞運載火箭，以運載火箭箭體為對稱中心，以待發射狀態運載火箭箭頂離發射場坪高度為參考高度，以包含發射平臺、發射場導流槽進、出口為參考外輪廓尺寸，由豎直、均布安放於發射場坪上的立杆組、水平、均布安放於場坪立杆組上的橫杆組構建而成。
2.根據權利要求1所述的運載火箭發射燃氣流噪聲監測系統，其特徵在於，所述近場測試陣列裝置的敞口方向與所述遠場測試陣列裝置的敞口方向相對設置。
【文檔編號】G01H17/00GK103712681SQ201210373030
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年9月29日 優先權日:2012年9月29日
【發明者】陳勁松, 賈延奎, 曾玲芳, 王明華, 杭立傑 申請人:北京航天發射技術研究所, 中國運載火箭技術研究院