振動離心復合試驗系統發展概述

（中國工程物理研究院總體工程研究所，四川 綿陽 621900）

環境試驗與評價

振動離心復合試驗系統發展概述

何陽，蔣春梅，張建全

（中國工程物理研究院總體工程研究所，四川 綿陽 621900）

以電動振動臺和壓電激振器與離心機復合發展為主線，系統總結了以離心機為主體的振動離心復合環境試驗系統發展歷程以及國內外發展現狀，重點介紹了電動振動臺與離心機復合的關鍵技術及難點。最后介紹了振動離心復合環境試驗系統發展趨勢及展望。

復合環境試驗；加速度-振動；高頻振動；離心機；電動振動臺

隨著人們對自然環境認識的不斷深入以及技術的不斷進步，真實環境模擬經歷了從多個單因素環境試驗簡單疊加到復合環境試驗模擬的轉變。在許多情況下，2個及2個以上的環境因素復合作用比單一環境因素疊加組合作用更為嚴苛[1—3]，這是因為人們對多環境因素之間的復雜非線性耦合關系并不能給出定量描述[4]。因此，發展多因素復合環境試驗系統已成為人們的共識和期望[5—6]。

航天器工作最嚴酷的環境出現在發射階段和返回再入階段，這兩個階段最典型的環境條件是高加速度、振動、溫度、氣壓、噪聲復合環境[7]，這5個因素是造成航天器結構及其零部件失效的重要因素[8]。在多因素復合環境試驗設備中，高加速度與振動復合是兩個最基本的因素，其余因素可以在此基礎上復合，因此文中討論高加速度與振動兩個因素復合的情況。航天器典型的飛行過程中一般有沖擊、隨機振動、正弦掃描等工況，其振動特點是響應所包絡的頻區很寬[9]，約 20～2000 Hz[10]，有的需求甚至要求更高。航天器一旦出故障會造成慘重的損失，因此設計定型前，航天器需要進行振動離心復合試驗，且試驗條件要覆蓋可能遇到的振動加速度復合環境強度。這就迫切需要一種加速度-振動復合環境試驗系統，要求具有寬的振動頻率范圍、較高的過載加速度，且能夠實現正弦波、脈沖波與隨機波的復現。

復合環境試驗系統以離心機為平臺，高速旋轉產生離心慣性力模擬器件過載加速度，并在其上復合其他環境因素。離心機按其功能或用途，通?？煞譃橥凉るx心機、例行試驗離心機、載人離心機以及用于檢測標定的精密離心機等。與此同時，用在離心機上的激振器主要有電液式、電動式和壓電式三種。其中電液式激振器由于具有載荷-體積比大的優點而廣泛應用于土工離心機上進行地震模擬[11—13]，是目前離心機上的主流激振器。由于液壓系統流體介質的特性，電液式激振器能達到的最高響應頻率約為 400 Hz[14]，這樣限制了電液式激振器在大頻寬振動環境模擬中的應用。目前離心機上電動式與壓電式激振器均屬于高頻激振器，最高激振頻率達2000 Hz。早期研制的離心機上電動式激振器和壓電式激振器由于技術原因激振頻率在500 Hz以下，如美國埃德瓦茨空軍基地的6.71 m臂長離心機上的電動振動臺，其頻寬為20 ～ 300 Hz[15]；1991年日本Chuo大學研制的首個用于土工離心機上的電動振動臺，其頻寬為 50～400 Hz[16]；以及1982年美國人Arulanandan首次在離心機上應用的壓電激振器，其頻寬為100～500 Hz[17—18]。為了梳理電動振動臺與壓電激振器兩種高頻激振器與離心機復合的發展歷程，文中將兩種激振器的早期研制情況也納入分析。

1 國外研究現狀

美國是世界上最早進行加速度-振動復合環境試驗系統研制的國家。早在1970年，美國Sandia國家實驗室在一臺7.6 m半徑臂長的離心機上安裝了兩臺電動振動臺進行加速度-振動復合環境模擬[19]，但是當時電動振動臺采用水冷而導致在高離心場下供水困難，而且系統過于龐大使得拆裝困難[20]。由于早期的系統慣量很大，系統達到試驗所需的線加速度需要較長的時間，導致試驗成本居高不下，Sandia國家實驗室針對此問題進行一系列改進，將電動振動臺改用風冷，同時考慮到測試的對象質量輕，因此在較小的離心機平臺上復合電動振動臺[21]。該小型離心機臂長半徑為1.83 m，最大離心加速達150g。電動振動臺有兩個工位：順臂振動和垂臂振動，但是文獻[21]只提到垂臂振動的實驗數據，并未開展順臂振動試驗，而且垂臂振動結果不盡如人意。電動振動臺頻寬為0～3000 Hz，最大負載質量（含夾具）為4.536 kg，在空氣靜壓軸承的支撐下，能在50g的離心環境下工作。1989年，Sandia國家實驗室克服了電動振動-離心復合設備上的一系列難題，推出了一臺較為完善的設備——VIBRAFUGE[22—23]，如圖1所示。VIBRAFUGE將電動振動臺安裝在一臺8.82 m半徑臂長的離心機上[24]，其設計目標是在 50g的離心加速度環境下復合頻寬為 10～2000 Hz、加速度為 20g的振動，可測試試件質量不大于13.6 kg。據文獻[24]稱，由于當時電動振動臺垂臂振動會導致支承系統復雜，并會造成系統響應滯后，因此采用順臂振動方式。垂臂方向振動通過一個換向器MVDF將順臂振動轉換而來，如圖2所示。能夠實現在40g的加速度環境中對2.25 kg的試件復合均方根值為 3g的振動。由于實驗的需要，Sandia實驗室在后續的實驗以及改進過程中，也嘗試將電動振動臺垂臂安裝，但是離心加速度不能超過50g[25]。

圖1 Sandia國家實驗室的VIBRAFUGEFig.1 VIBAFUGE in Sandia National Laboratories

圖2 換向器MDVFFig.2 Multiple direction vibration fixture

Sandia國家實驗室發現在復合非徑向振動時，在高于50g的線加速度環境中，由于電動振動臺負載能力的限制，以及高線加速度下電動振動臺內部元件（如電樞線圈等）應力過大，導致冷卻系統失效而無法繼續實驗[25]。為了在100g線加速度環境中復合均方根值為30g的振動，Sandia國家實驗室在8.82 m半徑臂長的離心機復合了壓電激振器，如圖3所示，壓電激振器可在2000g的高線加速度環境下工作。2005—2006年間報道了Sandia實驗室做了一系列的試件發射與再入階段測試實驗，并取得成功，證明壓電激振器已經超越了先前安裝的電動振動臺，唯一不足的是壓電激振器的行程很小，最大振幅（峰峰值）為100 μm。根據目前的資料，基于壓電振動-離心復合實驗設備，Sandia實驗室能夠在100g的線加速度環境中對22.5 kg的試件復合15g，頻率范圍為20～2000 Hz的振動[26]。Sandia國家實驗室的加速度-高頻振動復合環境試驗系統是目前所知功能最完備的系統之一。

圖3 壓電振動-離心復合試驗設備Fig.3 Piezo-electric Vibrafuge

1988年，美國原 Wyle實驗室也研制了與Sandia國家實驗室類似的離心-電動振動復合環境試驗設備[27]。早期的試驗設備由于受離心場的影響，電動振動臺的推力遠低于額定值。1989年，Wyle實驗室改進了不足，研制出第二代設備[4]。目前Wyle實驗室在振動和離心的基礎上，復合了高度（控制氣壓）和溫度環境因素，開發了綜合環境試驗設備（Combined Environment Test System，CETS），用于精密機械/電子部件級測試。其電動振動臺也采用風冷，可實現垂臂振動或順臂振動。目前Wyle實驗室公開的典型CETS系統參數為：激振器有效載荷為25 kg，正弦峰值加速度20g，頻率范圍為 10～2000 Hz，最大振幅（峰峰值）為25 mm，能夠復現正弦波和隨機波，離心機最大線加速度為50g[28]。

1986年左右，原法國原子能委員會（C.E.A，現更名為法國原子能與可再生能源委員會）試驗中心在其 10 m 半徑臂長的離心機上安裝了一臺電動振動臺，用于土工實驗地震模擬。該離心機最大線加速度為100g[29]，激振器最大輸出力為1000 N，振幅（峰峰值）為25 mm，但是其激振頻率范圍只10～200 Hz[30]。此外，據參考文獻[31—33]稱，C.E.A還有一臺13 m半徑臂長的電動式振動-離心機，其最大加速度為50g，振動臺能夠提供13 kN的推力，試驗頻率范0.1～2000 Hz，還可復合溫度環境為衛星分系統及其組件提供復合環境試驗。

在未解決電液激振器在離心場中工作的難題之前，電動振動臺是離心機上最常見的激振器。隨著電液振動-離心復合環境試驗設備技術的成熟及其突出的優點，以及土工離心機的快速發展，電液激振器取代電動振動臺成為目前離心機上最常用的激振器。電動振動臺和壓電激振器多用于涉及寬頻振動的航天器發射與再入復合環境模擬。其中電動振動-離心復合試驗設備發展已經較為成熟，出現系列化的商用產品[34]。壓電振動-離心復合試驗設備目前應用很少，但其具有質量輕、可模塊化組裝、安裝方式靈活以及能夠承受高線加速度環境等優點，表現出巨大的發展潛力。由于離心機為主體的加速度-高頻振動復合環境試驗系統涉及軍事領域的應用，以及出于商業保密的需要，相關資料較少。

2 國內研究現狀

國內在加速度-高頻振動復合環境試驗系統研制方面較為落后。我國從20世紀80年代開始進行復合環境模擬試驗系統追蹤和研制，但當時是以離心機或振動臺為主體，復合溫度、濕度、高度、噪聲等環境因素，并沒有進行加速度與振動復合[15]。在20世紀80年代中期，中國工程物理研究院總體工程研究所在國內首次進行在離心機上復合電動振動臺的嘗試，但是由于激振器動圈在離心場下發生偏離，無法振動，最后導致線圈燒毀[31]。由于技術難度過大，以及當時沒有適合在離心場下工作的電動振動臺，因此研究轉入對國外的設備跟蹤以及理論研究，其中最有代表的是中國工程物理研究院總體工程研究所的王保乾，他主要跟蹤美國Sandia實驗室的兩代加速度-高頻振動復合環境試驗系統，并結合自己的經驗為以后國內同類設備的研制提供了很多有用的建議[35]。20世紀90年代西安交通大學與中國工程物理研究院聯合對加速度-電動振動復合環境試驗設備進行理論研究，由于當時離心機上復合電動振動臺的難度較大，于是在20g的離心場環境下復合一臺50 N的電液激振器做實驗[4]。此后國內研制的加速度-振動復合環境試驗設備多為以離心機為主體復合電液式激振器。

直到2002年，浙江大學研制成功國內第一臺電動振動-離心-熱環境綜合環境試驗臺樣機，如圖4所示。其用于理論研究，能夠實現的最大線加速度為10g，最大振動加速度為1g，最大負載為1 kg，頻率范圍為10～500 Hz。浙江大學也提醒各研究者們，如果要設計一臺大型三維電動振動-離心復合環境試驗裝備，其總體布局結構將與其設計的樣機發生重大改變[36—37]。

圖4 浙江大學綜合環境試驗臺樣機Fig.4 Diagram of thermal-vibration combined environment under high-linear-acceleration in Zhejiang University

2005年，中國科學院力學研究所為了模擬吸力式桶形基礎在受到等效動冰載作用下的響應情況，介紹了一種動力加載設備，即在清華大學50gt載荷容量的離心機上復合一臺電動振動臺。設備線加速度為80g，振動頻寬為1～120 Hz，負載質量為14 kg，激振器輸出力為100 N[38]。

2014年，隨著北京強度環境研究所400gt綜合離心環境試驗系統的投入使用（如圖5所示），標志著我國具有工程實用的加速度-高頻振動復合環境試驗系統。該離心機轉臂半徑為7.5 m，最大線加速度為 100g[39]。采用電動振動臺，最大推力為20 kN（后續可升級至50 kN），振動頻率為10～2000 Hz，采用風冷技術，激振器順臂振動。該設備由于試件質量較小，并沒有采取隔振減振措施。

圖5 北京強度環境研究所的復合環境試驗系統Fig.5 Combined environment test system in Beijing Institute of Structure and Environment Engineering

此外，文獻[40]提到哈爾濱工業大學正在研制基于精密離心機平臺的復合離心機，可用于慣性儀表發射與再入階段加速度-振動復合環境的模擬。目前，國內尚未有在離心機上采用壓電激振器的報道。

綜上所述，國內外典型加速度—高頻振動復合環境試驗系統見表1。

表1 國內外典型加速度-高頻振動復合環境試驗系統Table 1 Representative combined acceleration and high- frequency vibration environment simulator domestic and overseas

3 關鍵技術及難點

為保障電動振動臺或壓電激振器工作在高線加速度環境中正常工作，對激振器和離心機均提出了更高的要求。

3.1 高效的冷卻系統研制

冷卻系統制約激振器在更高線加速度環境下使用，甚至造成激振器損壞，在 Sandia國家實驗室的研制歷程中，可以充分說明這一點。Sandia實驗室在壓電激振器與離心機的復合試驗中，對激振器的溫度實時監測，控制激振器持續工作的時間，以避免激振器損毀[23]。目前報道的離心-電動振動復合設備上的電動振動臺均采用強制風冷技術，但隨著電動振動臺的出力和功率增加，發熱量也越來越大，需要高效的冷卻系統，目前最有發展潛力的是水冷技術。早期 Sandia實驗室研制的第一臺離心-電動振動復合設備上存在離心場下供水困難的問題，但是隨著離心-電液激振器復合設備的發展，在離心場下提供液體的問題已經解決。目前仍存在困難的是離心場下電動振動臺的線圈密封以及絕緣可靠性問題。

3.2 變負載平衡對中技術與導向支承技術

對于順臂振動的電動振動臺，在高線加速度環境下，動圈受離心力作用偏向極限位置而無法振動，因此需要在不同加速度環境和負載質量下使動圈回到平衡位置。Sandia實驗室在電動振動-離心復合試驗設備中采用氣囊（Air bag）平衡對中技術，即根據位移傳感器的反饋信號控制氣動伺服閥對氣囊充放氮氣，從而調節氣囊中的壓力大小，以實時平衡動圈離心力。中國工程物理研究院總體工程研究所王寶乾根據氣囊平衡對中技術并結合工作實際，提出了一種“伺服氣壓彈簧補償法”，通過調節氣缸活塞桿兩側的壓力，可以實現雙向平衡[35]。浙江大學的復合環境模擬試驗臺樣機也采用類似的原理[41—42]，如圖6所示，并證實氣囊具有較大的靜承載能力和較小的動剛度。目前，電動振動臺已將變負載平衡對中系統集成至激振器中。大負載電動振動臺采用油氣彈簧和蓄能器組合進行負載平衡對中，通過充放液壓油實現對氣壓的控制，具有精度高、速度快的優點。北京強度環境研究所研制的離心機上的電動振動臺均采用類似的“油氣彈簧”原理平衡負載。

圖6 氣囊式位移反饋動圈糾偏系統Fig.6 Smart armature correction system with gas cell displacement feedback

Sandia國家實驗室對離心機上的壓電激振器采用“變負載對中技術”（The variable load centering technique），如圖3和圖7所示。其核心是用配重質量與試件質量近似相等，配重和試件同處于相同的離心場下，能夠在不同加速度環境下始終保持對中。其中尼龍繩具有一定的減振隔振效果，這種變負載對中技術在試驗中取得成功[23]。這種技術的缺點是對于不同質量的試件需要制作不同的配重，此外這種技術只適用與小質量負載，對于大質量負載，對尼龍繩的強度和負載對中柱的剛度要求很高。

對于垂臂振動的電動振動臺，在高線加速度環境下，動圈受離心力作用偏向定圈，導致動圈與定圈之間摩擦力過大，這樣大幅降低了激振器的輸出力，甚至無法振動導致線圈燒毀。美國 Sandia國家實驗室采用空氣靜壓支承（Air bearing）解決這一難題[21]。此外，順臂振動的電動振動臺也需導向支承以克服負載和動圈引起的傾覆力矩。目前商用的大推力電動振動臺多采用液體靜壓軸承。

圖7 Sandia國家實驗室變負載對中技術Fig.7 The variable load centering technique

3.3 離心機轉臂平衡系統及隔振系統

對于電動振動-離心復合環境試驗系統，電動振動臺具有體積、質量大且出力小的缺點，因而對離心機也提出了更高的要求。要求離心機具有更高的載荷容量、更高的結構剛度以承受大的振動載荷。要求電動振動-離心復合試驗設備上應用高效的轉臂平衡系統，能夠快速調整配重，具有高精度的不平衡探測器和適用于連續工作的重型軸承系統。

振動容易激發離心機臂的固有頻率，并且會將激振力傳遞給轉臂支承和傳動系統，因此復合大推力振動臺的離心機必須具備隔振系統。離心機的隔振系統是研制的難點。目前常用隔振方式有以下幾種[43—45]。

1）橡膠隔振。這是一直以來最常用的隔振方式，具有承載小、剛度和阻尼大的特點，可在壓縮和剪切兩種狀態使用，但是其具有易老化、易蠕變的缺點。王保乾提出一種剪切減震器系統，如圖8所示，其核心是利用橡膠隔振，使得振動臺-剪切減震器系統的固有頻率為5 Hz左右。并設計壓力補償缸平衡振動臺的離心力，避免橡膠隔振墊被壓緊，這種隔振方式對順臂或垂臂振動均有效[35]。董龍雷等人提出了一種圓柱型橡膠減震器，以實現離心機與激振器的三個方向減振，在剪切橡膠方向實現主減振[46]。目前橡膠隔振有許多成熟的系列化的產品。

圖8 激振器與離心機臂之間的隔振方式Fig.8 Vibration isolation between actuator and centrifuge arm

2）柔性帶（柔性板）隔振。將振動臺通過柔性帶或柔性板懸吊在離心機上。柔性板可以用彈簧鋼板制成，為了取得更好的隔振效果，可安裝阻尼器增加系統阻尼。

3）鋼絲繩隔振[47]。鋼絲繩屬于非線性隔振器，中國工程物理研究院周桐在振動加速環境下分析其特性，發現過載量級和振動量級均會改變隔振系統的共振頻率[48]，但目前尚未有用于離心機上的報道。

4）空氣彈簧隔振?？諝鈴椈删哂谐休d力大剛度低的優點。目前，該隔振方式廣泛用于電動振動臺與地基之間的隔振，中國工程物理研究院總體工程研究所正在研究將此隔振方式應用到多個型號的離心機上。離心機上復合大推力電動振動臺要求將整個離心機臂作為反振質量以達到激振器額定輸出推力值，因此空氣彈簧很適合用于加速度-高頻振動復合環境試驗系統的隔振。

5）彈簧阻尼隔振。通常由金屬彈簧和阻尼器組成，也可由彈簧經阻尼處理單獨構成，多用于車輛減振，具有承載大、變形量大的特點。其水平剛度小，易晃動，不適用于精密隔振。浙江大學在其自研的電動振動-離心-熱環境綜合環境試驗臺樣機采用這類隔振系統[2]。

上述隔振方式均為被動隔振。被動隔振對高頻段振動抑制效果良好，但對于低頻段和超低頻段隔振效果不理想，因此可將主動隔振與被動隔振結合使用[49—50]?？蓪弘娀虺胖律炜s主動隔振與被動隔振方式結合起來解決離心機上寬頻隔振問題。離心-振動復合會引入科式加速度，引起系統多方向耦合振動，因此需對寬頻振動在離心機上的傳遞過程及耦合途徑進行深入分析，然后確定合理的隔振系統布局以盡量實現振動解耦。

4 發展趨勢及展望

目前，復合環境模擬系統正從某兩個因素復合朝更多因素復合發展，在加速度和振動基礎上，陸續復合溫度、濕度、真空、噪聲、氣動甚至輻射等因素。在加速度與振動兩個因素復合的基本系統中，仍有許多改進空間，總結如下。

1）提升測試負載容量。將測試能力從現在的一百多千克提升到一噸以上，實現從部件級測試到系統級測試。同時將過載加速度提高到100g以上。

2）增加頻寬范圍[26]。將現有頻率范圍分別向更高頻段和更低頻段延伸，以更真實地模擬試件實際環境中的振動。

3）將加速度、振動與試件自旋運動復合[26]。加入多軸自旋運動以真實模擬某些航天器在再入段的真實狀態。

4）實現與過載加速度方向的任意夾角振動。可在離心機上設計滾轉框，以實現振動方向的變化，可模擬航天器在機動變軌中的載荷情況。

5）離心場快加速快減速。文獻[26]中提到由于大型離心機的慣量很大，兩個受載工況切換中，加速度下降不夠迅速，與火箭實際受載不符。盡管人們關心的是加速度上升階段，但是這也是一個潛在的改進點。

6）壓電激振器的串聯、并聯驅動研究。壓電激振器存在的最大缺點就是振幅過小，因此可將多個壓電激振器串聯增大輸出位移，通過多個壓電激振器并聯可增大輸出力。

7）離心機上復合二維振動。在航天器發射和再入過程中，除了發動機引起振動外，還有風阻和噪聲引起的振動，這些情況僅用一維振動描述是不全面的，因此需引入二維振動。目前在土工離心機上已經實現復合二維振動模擬地震，考率到電動振動臺與電液激振器的差異，目前在加速度—高頻振動復合環境試驗系統采用二維電動振動臺難度很大，因此比較可行的方式是在電動振動-離心復合設備上再復合壓電激振器。

8）激振器、試驗箱模塊化設計并統一與離心機的接口。離心機作為特種設備需求量小，并且服役壽命長。在未來的復合環境試驗系統中要突出離心機為主體的地位，在設計中考慮離心機的改進潛力。將離心機臂作為反振質量并在離心機臂與主軸之間安裝隔振系統，將激振器、試驗箱等作為離心機的附屬設備，這樣可以將兩種或多種環境因素自由組合。

5 結語

隨著航空航天技術的不斷發展，航天器的使用壽命和可靠性受到越來越多的關注。為了降低發射成本，要求航天器在保證安全可靠的前提下盡可能減少質量，因此航天器在設計定型前，需要進行振動離心復合試驗。近來我軍提出面對“實戰化”作戰要求，這就要求環境試驗系統盡可能真實反映實際環境，因此振動離心復合環境試驗系統是未來發展的趨勢，未來在國內外有較大的需求。

[1] SCHUTT Jeff. Vibration Testing of Electronic Asse-mblies [J]. Packaging and Production, 1996, 36(13): 20—26.

[2] 方兵, 沈潤杰, 何聞, 等. 航天器元件多參數綜合可靠性環境試驗研究綜述[J]. 中國機械工程, 2009, 20(22): 2766—2772. FANG Bing, SHEN Run-jie, HE Wen, et al. Research Summary of the Multiparameter Combined Environmental Test of Spacecraft Component Reliability[J]. China Mechanical Engineering, 2009, 20(22): 2766—2772.

[3] O'SHEA P. Environmental Test Helps You Juggle Design Demands[J]. Evaluation Engineering, 1997, 36(5): 38—40.

[4] 吳建國, 李海波, 張琪, 等. 綜合離心環境試驗技術研究進展[J]. 強度與環境, 2014, 41(1): 1—9. WU Jian-guo, LI Hai-bo, ZHANG Qi, et al. Advances in Synthesis Centrifugal Environment Test[J]. Structure & Environment Engineering, 2014, 41(1): 1—9.

[5] MIL-STD-810g, Environmental Engineering Consideration and Laboratory Tes[S].

[6] GJB 150A—2009, 軍用裝備實驗室環境試驗方法[S]. GJB 150A—2009, Laboratory Environmental Test Methods for Military Material[S].

[7] 黃本誠. 我國航天器環境工程的發展進程[J] . 航天器環境工程, 2005, 22(1): 5—8. HUANG Ben-cheng. Evolution of Spacecraft Environment Engineering in China[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2005, 22(1): 5—8.

[8] 彭騫. 濕熱環境與電子產品可靠性[J] . 電子產品可?靠性與環境試驗, 2003(5): 57—60. PENG Qian. Humid and Hot Environment and Electronic Product Reliability[J]. Electronic Product Reliability and Environmental Testing, 2003(5): 57—60.

[9] 梁德利, 于開平, 韓敬永. 高速飛行器振動噪聲環境預示技術[J]. 噪聲與振動控制, 2013, 33(5):58—63. LIANG De-li, YU Kai-ping, HAN Jing-yong. Advance in Noise and Vibration Environment Prediction of High Speed Spacecrafts[J]. Noise and Vibration Control, 2013, 33(5): 58—63.

[10] 蔡成鐘. 再入飛行器系統綜合環境可靠性試驗[J]. 強度與環境, 1998, 25(2):44—48. CAI Cheng-zhong. Combined Environmental Reliability Test of Reentry Vehicle System[J]. Structure & Environment Engineering, 1998, 25(2): 44—48.

[11] ABOIM C, SCOTT R F, LEE J R, et al. Centrifuge Earth Dam Studies: Earthquake Tests and Analysis[M]. Los Angeles : Dames & Moore, 1986.

[12] KETCHAM S A, KO H Y, STURE S. An Electrohydraulic Earthquake Simulator for Centrifuge Testing[C]// Proceedings of the International Conference on Geotechnical Centrifuge Modeling. Paris: Taylor &Francis, 1988.

[13] 王永志. 大型動力離心機設計理論與關鍵技術研究[D].哈爾濱: 中國地震局工程力學研究所, 2013. WANG Yong-zhi. Study on the Design Theory and Key Technology for Large Dynamic Centrifuge[D]. Harbin: Institute of Engineering Mechanics, China Earthquake Administration, 2013.

[14] 賈普照. 穩態加速度模擬試驗設備: 離心機設計(4)[J].航天器環境工程, 2009, 26(4): 386—400. JIA Pu-zhao. The Steady Acceleration Simulation Device:The Design for Centrifuge (4)[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2009, 26(4): 386—400.

[15] 王保乾. 對以離心機為主體的復合環境試驗設備的探討[J]. 環境技術, 1991(4): 15—20. WANG Bao-qian. Discuss on Centrifuge-based Combined Environment Testing Devices[J]. Environmental Technology, 1991(4): 15—20.

[16] FUJII N. Development of an Electromagnetic Centrifuge Earthquake Simulator[C]// Proceedings of the International Conference Centrifuge 1991. Boulder Colorado: Taylor & Francis, 1991.

[17] ARULANANDAN K, CANCLINI J, ANANDARAJAH A. Simulation of Earthquake Motions in the Centrifuge[J]. Journal of Geotechnical Engineering, Div ASCE, 1982, 108: 730—742.

[18] CAMPBELL D J, CHENEY J A, KUTTER B L. Boundary Effects in Dynamic Centrifuge Model Tests[C]// Proceedings of the International Conference Centrifuge 1991, Boulder Colorado: Taylor & Francis, 1991.

[19] STERK M W. The Sandia Laboratories 25-Foot Centrifuge-Vibration Facility[R]. Albuquerque NM, USA: Sandia National Labs, 1970.

[20] ROGERS J D, CERICOLA F, DOGGETT J W, et al. VIBRAFUGE-Combined Vibration and Centrifuge Testing[R]. Albuquerque NM, USA: Sandia National Labs, 1989.

[21] ROBERT L S. Interim Report on Acceleration-Vibration Combined Environment Activities[R]. Albuquerque NM, USA: Sandia National Labs, 1980.

[22] DOGGETT J, CERICOLA F. VIBRAFUGE: A Combined Environment Testing Facility—Vibration Testing on a Centrifuge [R]. Albuquerque NM, USA: Sandia National Labs, 1989.

[23] ROGERS J D. Testing in Combined Dynamic Environments[R]. Albuquerque NM, USA: Sandia National Labs, 1993.

[24] ADAMS P H, AULT R L, FULTON D L. The Sandia National Laboratries 8.8-Metre(29-Foot) and 10.7-Metre (35-Foot) Centrifuge Facilities[R]. Albuquerque NM, USA: Sandia National Labs, 1980.

[25] ROMERO E F, VAN GOETHEM D, JEPSEN R. Control and Analysis of a Multiple Drive Shaker in an Acceleration Environment[C]. 24th Conference and Exposition on Structural Dynamics. Missouri, USA: Curran Associates, 2006.

[26] VAN GOETHEM D, JEPSEN R, ROMERO E. Vibrafuge: Re-entry and Launch Test Simulation in a Combined Linear Acceleration and Vibration Environment[J]. AIAA Aerospace Sciences Meeting & Exhibit, 2013, 79(3): 505—533.

[27] ANON. Centrifuge Mounted One-Axis Electro-dynamic Shake System[R]. Huntsville AL, USA: Wyle Laboratories, 1988.

[28] 賈普照. 穩態加速度模擬試驗設備: 離心機設計(7)[J].航天器環境工程, 2010, 27(1): 121—134. JIA Pu-zhao. The Steady Acceleration Simulation Device: The Design for Centrifuge (7)[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2010, 27(1): 121—134.

[29] ZELIKSON A, LEGUAY P, PASCAL C. Centrifugal Model Comparison of Pile and Raft Foundations Subjected to Earthquakes[C]// Proceedings of the International Conference on Soil Dynamics and Earthquake Engineering. Rotterdam: AA Balkema, 1982: 283—289.

[30] BOURDIN B. Horizontal Vibrations of Piles in a Centrifuge[J]. Mechanical Structures Supports, 1987, 21(17): 141—143.

[31] 張海軍. 髙線加速度下熱與振動復合環境試驗裝置控制系統的研究[D]. 杭州: 浙江大學, 2004. ZHANG Hai-jun. Study on Control System of Heat and Vibration Combined Environment Tester Under High-Linear- Acceleration[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2004.

[32] 沈潤杰, 何聞. 離心機動力學特性分析及設計技術[J].工程設計學報, 2006(3): 150—153. SHEN Run-jie, HE Wen. Analysis on Dynamic Characteristics and Design of Centrifuge[D]. Journal of Engineering Design, 2006(3): 150—153.

[33] LABRTO R. Applicability of centrifuge to test space payloads[C]// International Symposium on Environmental Testing for Space Programmes. Netherlands,1990: 350—361.

[34] Actidyn Systems. V67 Technical Description[EB/OL]. [2015-12-20]. http://www.actidyn.com/wp-content/uploads/ 2010/06/v67.pdf.

[35] 王保乾. 實現線加速度-振動復合環境模擬中的問題[J].環境技術, 1996, 14(3): 7—12. WANG Bao-qian. Some Problems Included in Achieving Simulation Test of Acceleration-Vibration Combined Environment [J]. Environmental Technology, 1996, 14(3): 7—12.

[36] 向馗. 高線性加速度與振動復合環境控制系統的研究[D]. 杭州: 浙江大學, 2002. XIANG Kui. Research on the Control System of High Linear Acceleration and Vibration Combination Environment[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2002.

[37] 徐冠華. 動力學綜合環境試驗若干理論及技術問題的研究[D]. 杭州: 浙江大學, 2014. XU Guan-hua. Research on Some Theoretical and Technical Problems for Dynamic Combined Environmental Testing[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2014.

[38] WANG S Y, ZHANG J H, LU X B, et al. A Dynamic Loading Device for Suction Foundations in Centrifuge Modeling[J]. Journal of Experimental Mechanics, 2006, 21(4): 439—446.

[39] 歐峰, 陳穎, 陳洪, 等. 基于離心機平臺的復合環境試驗系統綜述[J]. 裝備環境工程, 2015, 12(5): 28—33. OU Feng, CHEN Ying, CHEN Hong, et al. Review of Compound Environment Test System Based on Centrifuge [J]. Equipment Environmental Engineering, 2015, 12(5):28—33.

[40] 高金興. 復合臺精密離心機控制系統研究[D]. 哈爾濱:哈爾濱工業大學, 2014. GAO Jin-xing. Research on the Control System of the Precision Centrifuge in the Composite Platform Body[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2014

[41] 沈潤杰, 何聞, 梅德慶, 等. 離心力場下電動振動臺及動圈糾偏系統動特性的研究[J]. 浙江大學學報(工學版), 2002, 36(1): 92—96. SHEN Run-jie, HE Wen, MEI De-qing, et al. Study of Armature Correction System of Electrical Vibration Table with High-Linear-Acceleration[J]. Journal of Zhejiang University (Engineering Science), 2002, 36(1): 92—96.

[42] 沈潤杰, 何聞, 陳子辰. 高線加速度下電動振動臺機電耦合特性的研究[J]. 振動工程學報, 2001(4): 61—64. SHEN Run-jie, HE Wen, CHEN Zi-chen. Study on Electromechanical Coupling Characteristics of Electric Vibration Table in High-Translational-Acceleration[J]. Journal of Vibration Engineering, 2001(4): 61—64.

[43] 賀云波, 簡林柯, 林延圻, 等. 復合離心機振動臺系統的研究現狀[J]. 中國機械工程, 1999, 10(5): 576—579. HE Yun-bo, JIAN Lin-ke, LIN Ting-qi, et al. State-ofthe-Art of Systems Combining Centrifuge with Table Vibrator[J]. China Mechanical Engineering, 1999, 10(5): 576—579.

[44] 房海寧. 多自由度磁懸浮隔振系統隔振器布置方案研究[D]. 武漢: 武漢理工大學, 2013. FANG Hai-ning. Vibration Isolator Arrangement Scheme Research of Multi-degree-of Freedom Magnetic Suspension Vibration Isolation System[D]. Wuhan: Wuhan University of Technology, 2013.

[45] 林濤. 離心力-振動復合環境數值模擬[D]. 成都: 四川大學, 2003. LIN Tao. Numerical Simulation of Centrifugal Force-Vi- bration Compound Environment[D]. Chengdu: Sichuan University, 2003.

[46] 董龍雷, 閆桂榮, 余建軍, 等. 離心機振動臺復合環境實驗系統的隔振研究[J]. 應用力學學報, 2002, 19(1): 23—26. DONG Long-lei, YAN Gui-rong, YU Jian- jun, et al. Vibration Isolation of the Combined Environments Test System With Centrifuge and Vibration Table[J]. Chinese Journal of Applied Mechanics, 2002, 19(1): 23—26.

[47] JOSEPH B D. Vibration Isolation of Acceleration Sensitive Devices[C]// 5th Joint Conference of the 65th IEEE International Frequency Control Symposium/25th European Frequency and Time Forum. San Fransisco, USA: CA, 2011.

[48] 周桐. 振動-加速度綜合環境下鋼絲繩隔振系統響應規律研究[R]. 中國國防科學技術報告, GF-A01611 83G, 2011. ZHOU Tong. Response Study of Wire-rope Isolator in Synthesis Environment of Vibration and Acceleration[R]. GF Report, GF-A0161183G, 2011.

[49] 黃文虎, 王心清, 張景繪, 等. 航天柔性結構振動控制的若干新進展[J]. 力學進展, 1997, 27(1): 5—18. HUANG Wen-hu, WANG Xin-qing, ZHANG Jing-hui, et al. Some Advances in the Vibration Control of Aerospace Flexible Structures[J]. Advances in Mechanics, 1997, 27 (1): 5—18.

[50] PAUL B. Vibration isolation[R]. Huntington Beach, CA, USA: McDonnell Douglas Space System Company, 1990.

A Survey of Combined Acceleration and Vibration Environment Simulator

HE Yang, JIANG Chun-mei, ZHANG Jian-quan
(Institute of System Engineering, CAEP, Mianyang 621900, China)

Focusing on the combined development of electrodynamic vibration shaker, piezoelectric actuator and centrifuge, the evolution and current development of combined acceleration and vibration environment simulator based on centrifuge home and abroad were summarized systematically in this paper. The key technology and difficulties in combining electrodynamic vibration shakers and centrifuge were emphatically introduced. Finally, the development trend and prospect of combined acceleration and vibration environment simulator were proposed.

combined environment testing; acceleration and vibration; high-frequency vibration; centrifuge; electrodynamic vibration shakers

JIANG Chun-mei(1976—), Femal, from Guangan, Sichuan, Master, Senior engineer, Research focus: centrifuge design.

10.7643/ issn.1672-9242.2016.06.017

TJ86；V416

A

1672-9242(2016)06-0095-09

2016-06-12；

2016-07-15

Received：2016-06-12；Revised：2016-07-15

中國工程物理研究院總體工程研究所創新與發展基金（15cxj36）

Fund：Supported by the "Innovation and Evolution Fund of Institute of System Engineering, CAEP (15cxj36)"

何陽（1990—），男，四川射洪人，碩士，主要從事離心機結構設計與研究。

Biography：HE Yang(1990—), Male, from Shehong, Sichuan, Master, Research focus: centrifuge design.

蔣春梅（1976—），女，四川廣安人，碩士，高級工程師，主要從事離心機結構設計與研究。