三维扫描测振技术：液体火箭发动机模态试验的新篇章
在液体火箭发动机的模态试验中，传统的粘贴振动传感器方法存在诸多局限，如附加传感器质量影响、振型空间分辨率不高等问题。然而，随着科技的进步，一种全新的测试方法——三维扫描测振技术，正逐步改变这一现状。本文将详细介绍三维扫描测振技术在液体火箭发动机模态试验中的应用，并突出激光测振仪在此应用中的显著优势。
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传统模态试验方法的局限
传统模态试验方法的局限
传统的模态试验方法通常利用力锤或激振器作为激励源，通过蜂蜡或螺栓连接等手段将加速度传感器固定于被测物体表面，测量各响应测点相对于激励点的频响函数，从而得到被测物体的模态参数。然而，这种方法在实际工程应用中暴露出了一系列问题：
1) 测点数量受限：受传感器及测量通道数限制，测点数量较少，合理布置测点位置存在较大困难。
2) 附加质量影响：对于轻薄结构或刚度较弱结构，传感器的附加质量和刚度会对测试结果产生显著影响。
3) 定位困难：每一个3向传感器都需要空间和轴向定位，对于管路等弧面结构，实际操作中往往难以实现精确定位。
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三维扫描测振技术的崛起
三维扫描测振技术的崛起
为了解决上述问题，研究人员引入了三维扫描测振技术。这项技术基于激光多普勒效应，利用激光测振系统和机器人平台对复杂结构进行全方位三维扫描测量。其工作原理是通过激光扫描头聚焦到同一点，测量该点在空间任意XYZ三个方向的振动速度，并将光学响应信号转换为电信号进行记录和分析。
图1 基于机器人的三维扫描测振系统示意图
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激光测振仪的优势
激光测振仪的优势
在液体火箭发动机模态试验中，激光测振仪展现出了以下显著优势：
1) 高精度与高分辨率：激光测振技术能够获取空间分辨率极高的模态振型，各测点振动模式一致，振型分辨率高。
2) 无附加质量影响：由于采用非接触式测量方式，避免了传感器附加质量对测试结果的影响，确保测试结果的准确性。
3) 测点数量不受限制：激光束可以在很短的时间内扫描许多点，测试速度快，测点数量可显著增加，且不会显著增加工作量。
4) 高度自动化：通过机器人平台实现自动化测试，对同一批次的产品只需一次编程就可实现多次测量，提高了测试效率。
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实际应用案例
实际应用案例
以液体火箭发动机推力室和氧化剂入口管为例，研究人员利用三维扫描测振技术进行了模态测试。通过与传统测试方法的对比，发现三维扫描测振技术所得振型清晰、分辨率高，且能够准确反映被测物体的结构动力学特性。特别是在高频段和高阶振型的测试中，三维扫描测振技术展现出了显著优势。
图2 三维扫描模态测试试验模型
图3 传统的模态试验模型
图4 三种状态测点频响函数对比
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总结
总结
三维扫描测振技术以其高精度、高分辨率、无附加质量影响以及高度自动化的特点，在液体火箭发动机模态试验中展现出了巨大潜力。随着这项技术的不断发展和普及，它有望进一步推动相关性分析、误差定位、模型修正以及故障检测等相关学科的发展。我们有理由相信，在未来的液体火箭发动机模态试验中，三维扫描测振技术将发挥越来越重要的作用。
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推荐配置：三维扫描式激光
测振仪SMART 3D-SCAN
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推荐配置：三维扫描式激光
测振仪SMART 3D-SCAN
1.闫松, 李斌, 李斌潮, 李锋. 三维扫描测振技术在液体火箭发动机模态试验中的应用[J]. 宇航学报, 2017, 38(1): 97-103.
来源：懿朵科技
