火箭大型地面試驗

運載火箭是一種複雜的飛行器。組成運載火箭的分系統較多，設計過程中涉及的學科和技術領域很廣，生產過程中套用的原材料、元器件種類繁多，地面操作和飛行過程中經歷的環境變化也很大。在運載火箭發射、飛行過程中，某個系統、組件、元器件一旦由於設計不當、質量不好或不適應環境變化而發生故障或失效，就會造成運載火箭發射失敗甚至災難。因此，運載火箭研製過程中，在地面必須充分地進行各種各樣的試驗。通過試驗發現設計上的不足，生產中的缺陷，原材料、元器件質量上的隱患，環境變化引起的變異等不可靠因素，以便事先採取措施予以排除，提高運載火箭發射時的成功率。

為確保火箭工作可靠，充分的地面試驗是飛行試驗之前必不可少的。運載火箭的地面試驗項目很多，內容廣泛，不同類型的運載火箭，其試驗內容和目的不完全相同。

基本介紹

• 中文名：火箭大型地面試驗概述  
• 外文名：Rocket ground test

分類

運載火箭的地面試驗按試驗的性質和目的來分，可分為研製性試驗(方案性、原理性試驗)、鑑定驗證性試驗、產品質量驗收性試驗、系統之間協調性試驗、可靠性試驗、壽命試驗和環境適應性試驗(如高低溫試驗、淋雨試驗、公路和鐵路運輸試驗、雷擊試驗等)；按試驗對象來分，可分為元器件試驗、組件和單機試驗、分系統試驗、分系統之間綜合試驗和全系統試驗等；按試驗手段、試驗方式來分，可分為仿真試驗、半實物仿真試驗和實物試驗等。運載火箭的地面試驗項目很多，工作量大，所需試驗設施種類多，規模大，費用高。但地面試驗是運載火箭研製中不可缺少的一個環節，如果簡化或省略，往往會因小失大，給研製工作帶來不可彌補的損失，這是運載火箭發展史中的一條經驗與教訓。

分系統地面試驗

運載火箭的每一分系統在方案、初樣和試樣設計階段都要進行相應的分系統試驗．隨著研製階段的進展，不斷的修改完善，分系統最終能提供合格的、可供飛行的產品。

風洞實驗

運載火箭的空氣動力與空氣動力加熱特性是選擇火箭外形，進行火箭總體及各分系統設計的重要原始條件。僅僅依靠理論計算的方法來取得火箭的氣動特性是不夠的，尚需要通過風洞實驗來驗證及修改這些結果。

通常將火箭的縮比模型置於風洞的實驗段進行吹風實驗，測定模型上的空氣動力參數，並直接觀察氣流對模型的繞流情況。根據力學相對運動原理。這種實驗結果與靜止氣流中模型做勻速直線運動的結果是相同的。然後根據相似理論，將模型上測得的空氣動力參數換算到實物上去。

火箭發動機試車

液體火箭發動機的試車按其是否採用真實推進劑進行試驗分為地面冷試驗和地面熱試驗，又稱為冷設車和熱試車。液體火箭發動機的冷試車通常用水作工質，主要進行發動機系統啟動和關機特性的試驗液體火箭發動機的熱試車是真實的點火試驗，按照研製程式，方案階段要進fi模樣發動機試車；初樣階段要進行發動機性能、結構方案試車；在試樣階段要進行鑑定性試車和驗收性試車；在投入批生產後還要進行批生產抽檢試車。

靜力試驗

在研製過程中，火箭的結構要經過一系列靜載荷條件下的試驗，用以確定結構的應力-應變特性、結構的剛度以及結構的承載能力。這類試驗統稱為靜力試驗。

按載入條件不同，靜力試驗分為使用載荷和破壞載荷試驗。在進行使用載荷試驗時，載入到設計確定的使用載荷，如果結構未破壞，彈性變形在允許範圍內，該結構即為合格結構；進行破壞載荷試驗時，載入到結構破壞、失穩或彈性變形超出允許值為止，其目的是測定結構的極限承載能力。

按照載荷的類型不同，靜力試驗又分為外壓試驗、內壓試驗、軸壓試驗、拉伸試驗、彎曲試驗和剪下試驗等 在研製過程中，常常要進行聯合載入試驗。例如．為了模擬飛行中的最大軸向過載設計情況，結構要進行軸壓、彎曲和外壓等聯合載入試驗，有時還要進行熱環境條件下的聯合載入試驗。

在結構靜力試驗中，建立接近火箭使用情況的邊界條件很重要，模擬實際使用載荷條件也是一項很複雜的工作，為此要建立大型的綜合性的地面靜力試驗室。

火箭動力特性試驗

火箭是一個彈性體，其動力特性即振動特性(固有頻率、振型和結構阻尼係數)直接影響著控制系統、推進劑輸送系統的設計，影響整個火箭的部位安排，甚至影響整個火箭的性能。因此，準確地確定火箭的動力特性是研製工作中的一項重要內容。由於用理論計算的方法難以準確給出其動力特性，因此廣泛採用全箭振動試驗的辦法來提供準確的動力特性參數。故又稱火箭力特性試驗為全箭振動試驗。

全箭振動試驗通常在“振動塔”內進行，試驗火箭的狀態應與飛行產品儘可能一致。為了模擬不同飛行時刻的振動特性，試驗火箭的貯箱內還要加注不同容積的試液，試液的密度應與真實推進劑相近。更為重要的是要用特殊的懸掛系統把試驗火箭吊起來，模擬實際飛行中的邊界條件。振動試驗結果通過箭上和地面測量系統相配合記錄下來。一般採用有線測量，也可以採用無線測量的方法。

對於大型運載火箭，由於火箭的尺寸和質量的增大，必將超出原有“振動塔”的承載能力，因此，如何在已有的試驗條件下，通過合理的試驗技術，理論建模、計算分析、模型修正等試驗計算一體化設計，來獲得大型運載火箭的動力學特性，成為一個關鍵問題。

總結國外經驗，大型運載火箭可不進行1：1全尺寸的全箭振動試驗，而是通過更多的部段試驗或縮比模型試驗來解決一需要注意的是：進一步提高模態試驗中的階次，保證理論模型和模態綜合的質量；弄清邊界條件及模擬介質的影響；進行多部段的模態及剛度試驗；保證試驗數據的可靠性等等。

其他分系統試驗

為了檢驗制導系統、姿態控制系統、伺服系統、推進劑輸送系統、有效載荷整流罩分離系統、有效載荷-火箭分離系統、級間分離系統、零高度逃逸救生系統以及遙測、外測系統等設計方案的正確性和系統性能能否滿足總體設計的要求，在第一批樣機生產出來以後，都要分階段進行分系統試驗，通過一系列的分系統地面試驗才能正式確定各系統的設計方案．確定分系統內各組件，乃至整個分系統的主要性能參數及其變化範圍．為火箭總體設計提供進一步的依據。

隨著計算機軟體、硬體技術的發展，有限元和其他工程分析計算方法的出現和套用，用計算機仿真技術進行上述分系統模擬試驗不僅有了可能，而且已經在火箭的研製工作中發揮著越來越大的作用。20世紀80年代以來，計算機技術和軟體系統的發展，進一步推動了火箭研製工作中的數學仿真和半實物仿真技術的發展，中國在結構靜力分析、全箭動力特性分析、氣動分析、控制系統地而模擬試驗等方面都已取得了可喜的成果。

綜合性地面試驗

火箭的各個分系統根據總體設計要求分別進行設計、試驗和生產，當組合成火箭之後，各系統之間在結構上是否協調，電氣上是否匹配、兼容，需要通過全箭的綜合性地面試驗。全箭綜合性地面試驗是在大量的單機和分系統試驗已完成、證明設計方案是正確的，技術性能是合格的條件下進行的。

電氣系統綜合匹配試驗

通過分系統地面試驗，基本上解決了各系統自身的問題。但是，當各電氣系統安裝到火箭上以後，特別是有關分系統，如遙測系統與其他電氣系統連線起來以後，在同時供電的條件下，各電氣系統工作是否協調?相互問是否產生饋電和電磁干擾?各電氣系統能否正常工作?為此要進行電氣系統的綜合匹配試驗。綜合匹配試驗是把有關電氣系統放到一起做聯合通電試驗。通常有關電氣系統先進行對口匹配試驗．如遙測系統與控制系統，遙測系統與外測系統等，然後再做綜合匹配試驗。試驗的主要目的是排除各電氣系統間可能產生的干擾，同時協調各系統的工作程式，為最終制定火箭的測試和發射程式提供依據。

全箭試車

這是火箭飛行試驗前進行的最接近飛行狀態的地面綜合性試驗，通常也是飛行試驗前規模最大的地面試驗。除了根據地面試車台安裝和測量要求，火箭的技術狀態做必要的改變外，試驗火箭一般與飛行試驗產品狀態一致。

全箭試車通常在專門的全箭試車台上進行。本著由局部性試驗到整個系統試驗逐步進行的原則，通常先進行推進系統全系統熱試車，箭上控制系統不工作。這種試車的主要目的是檢驗箭體結構與推進系統的協調性，測量發動機工作條件下箭上的動力學環境參數。