[發(fā)明專利]氣動彈性穩(wěn)定性的地面模擬預(yù)測方法和系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310282722.6
• 申請日: 2013-07-05
• 公開（公告）號: CN103364170A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳志剛;馬成驥;張仁嘉;楊超
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 北京金恒聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 11324
• 代理人: 李強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣動彈性穩(wěn)定性的地面模擬預(yù)測方法和系統(tǒng)，具體用來確定氣動彈性臨界穩(wěn)定狀態(tài)。

背景技術(shù)

目前，氣動彈性穩(wěn)定性預(yù)測主要有理論分析和試驗兩種途徑。前者要求對飛行器對象進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，而在氣動彈性建模過程需要在結(jié)構(gòu)、氣動等方面引入一定假設(shè)，計算時難以考慮真實結(jié)構(gòu)存在的各種非線性因素影響，且建模會存在一定誤差。后者通過開展飛行器的動特性測試來驗證理論方法的正確與否、進(jìn)一步確保飛行器安全。氣動彈性試驗主要包括地面振動試驗，風(fēng)洞試驗和飛行試驗三種。地面振動試驗為真實飛行器結(jié)構(gòu)，但不能考慮氣動力作用。風(fēng)洞試驗可考慮氣動力的影響，但受到風(fēng)洞尺寸和風(fēng)速限制等影響，設(shè)計者通常將實際飛行器進(jìn)行尺寸縮比，縮比模型與真實結(jié)構(gòu)存在一定差別，而且由于風(fēng)洞洞壁干擾、支架干擾等固有局限性，風(fēng)洞試驗結(jié)果與真實飛行器特性有一定差異；此外對于高速、熱環(huán)境等情況，風(fēng)洞試驗的費用昂貴并且實施困難，目前仍無性價比高的試驗手段。飛行試驗，使用真實飛行器進(jìn)行現(xiàn)場飛行，具有不受各種簡化假設(shè)限制的優(yōu)點，試驗結(jié)果最為真實可靠，但飛行試驗也有其獨特的復(fù)雜性和危險性。

所述的預(yù)測氣動彈性穩(wěn)定性的地面模擬方法可以直接應(yīng)用在實際結(jié)構(gòu)上，所以結(jié)構(gòu)的固有特性能得以保留，試驗結(jié)果更加真實可靠。它能有效結(jié)合地面振動試驗和風(fēng)洞試驗的優(yōu)點，在較短時間內(nèi)以較低成本完成預(yù)測，同時還能規(guī)避飛行試驗的危險性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是：非定常氣動力快速計算方法、分布式氣動力減縮位置設(shè)計與優(yōu)化方法；力加載設(shè)備的力輸出精確控制等。

本發(fā)明的優(yōu)點包括：一、以實物為受試結(jié)構(gòu)，進(jìn)行氣動彈性穩(wěn)定性預(yù)測，結(jié)果更加可信；二、相比于風(fēng)洞試驗，可以節(jié)省大量時間和費用；三、相比于飛行試驗，更加安全無危險。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的系統(tǒng)包括：支持系統(tǒng)、受試結(jié)構(gòu)、運(yùn)動信號傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、氣動力計算計算機(jī)、力傳感器、力加載設(shè)備。

在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中：

1.受試結(jié)構(gòu)安裝在支持系統(tǒng)上。

2.通過優(yōu)化算法，確定激振點位置，并安裝力加載設(shè)備、力傳感器和運(yùn)動信號傳感器。

3.受試結(jié)構(gòu)在初始擾動作用下發(fā)生運(yùn)動，運(yùn)動信號傳感器測得其響應(yīng)。

4.氣動力計算計算機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)采集卡實時采集的運(yùn)動信號傳感器信號和所設(shè)定的受試結(jié)構(gòu)的飛行工況，實時計算出非定常氣動力，并等效成減縮加載點的集中力。

5.力加載設(shè)備根據(jù)氣動力計算計算機(jī)指令對受試結(jié)構(gòu)施加作用力，形成新的擾動，如此循環(huán)往復(fù)，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動。

6.通過采集的運(yùn)動信號判斷此飛行工況下受試結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定。如穩(wěn)定，逐步改變飛行速度，使受試結(jié)構(gòu)由穩(wěn)定變?yōu)榕R界穩(wěn)定，此時所對應(yīng)的飛行狀態(tài)即為氣動彈性臨界穩(wěn)定狀態(tài)，所對應(yīng)的速度即為相應(yīng)的臨界穩(wěn)定速度。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種氣動彈性穩(wěn)定性的地面模擬預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于：

支持系統(tǒng)，用于為受試結(jié)構(gòu)提供剛性支持或彈性支持；

多個力加載設(shè)備，每個力加載設(shè)備用于在受試結(jié)構(gòu)上布置一個力加載作用點，

多個力傳感器，每個力加載作用點處的受試結(jié)構(gòu)上布置一個力傳感器；

多個運(yùn)動信號傳感器測點，每個測點處的受試結(jié)構(gòu)上布置一個運(yùn)動信號傳感器；

數(shù)據(jù)采集卡，用于實時采集運(yùn)動信號傳感器所測的信號，得到受試結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性；

氣動力計算部分，用于根據(jù)數(shù)據(jù)采集卡采集的運(yùn)動信號，實時計算出相應(yīng)的非定常分布?xì)鈩恿Γ⑦@種分布力通過力加載設(shè)備實時準(zhǔn)確地加載到受試結(jié)構(gòu)上，

其中力傳感器監(jiān)測加載點上的作用力，并實時反饋給氣動力計算部分，以便進(jìn)行力輸出校正。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種氣動彈性穩(wěn)定性的地面模擬預(yù)測方法，其特征在于：

通過支持系統(tǒng)，為受試結(jié)構(gòu)提供剛性支持或彈性支持；

用多個力加載設(shè)備在受試結(jié)構(gòu)加載力，其中每個力加載設(shè)備在受試結(jié)構(gòu)上布置一個力加載作用點，

用多個力傳感器檢測加載在受試結(jié)構(gòu)上的力，其中在每個力加載作用點處的受試結(jié)構(gòu)上布置一個力傳感器；

用多個運(yùn)動信號傳感器測點檢測受試結(jié)構(gòu)上的運(yùn)動信號，其中在每個測點處的受試結(jié)構(gòu)上布置一個運(yùn)動信號傳感器；

用數(shù)據(jù)采集卡實時采集運(yùn)動信號傳感器所測的信號，得到受試結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性；

用氣動力計算部分，根據(jù)數(shù)據(jù)采集卡采集的運(yùn)動信號，實時計算出相應(yīng)的非定常分布?xì)鈩恿Γ⑦@種分布力通過力加載設(shè)備實時準(zhǔn)確地加載到受試結(jié)構(gòu)上，