[發(fā)明專利]紊流激勵(lì)條件下的風(fēng)洞顫振試驗(yàn)顫振邊界預(yù)測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310468921.6
• 申請(qǐng)日: 2013-10-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103530511A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周麗;李揚(yáng);穆騰飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F19/00
• 分類(lèi)號(hào): G06F19/00;G01M7/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 賀翔

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法，尤其涉及一種紊流激勵(lì)條件下的風(fēng)洞顫振試驗(yàn)顫振邊界預(yù)測(cè)方法，屬于模態(tài)參數(shù)識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

顫振試驗(yàn)是飛行器設(shè)計(jì)工作中必需的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，通過(guò)試驗(yàn)得到的顫振邊界能夠確定飛行器的飛行包線，進(jìn)而評(píng)判飛行器性能與保障飛行安全。

然而目前在風(fēng)洞顫振試驗(yàn)中，顫振速度的獲得通常還依賴于試驗(yàn)人員的工作經(jīng)驗(yàn)。試驗(yàn)人員以有限元計(jì)算的顫振邊界作為參考值，在吹風(fēng)的初始階段會(huì)以一定的風(fēng)速階梯提高風(fēng)速，然后不斷降低其風(fēng)速階梯的增速，當(dāng)風(fēng)速加載靠近理論顫振風(fēng)速時(shí)，小心地風(fēng)速微增使振動(dòng)逐漸發(fā)散，通過(guò)觀察響應(yīng)信號(hào)的衰減發(fā)散情況與試驗(yàn)件的振動(dòng)情況來(lái)判斷顫振邊界是否到達(dá)，以此獲得顫振速度。然而如果吹風(fēng)模型存在未發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致實(shí)際顫振速度與理論結(jié)果誤差較大，在提高風(fēng)速時(shí)很有可能在工作人員來(lái)不及反應(yīng)的情況下解體破壞，甚至?xí)p壞風(fēng)洞，因此僅根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷顫振邊界存在著風(fēng)險(xiǎn)性與不準(zhǔn)確性。

在風(fēng)洞顫振試驗(yàn)中，可以通過(guò)類(lèi)似于在翼尖安裝小火箭激勵(lì)的方式來(lái)獲得沖擊響應(yīng)，識(shí)別模態(tài)阻尼并外推顫振邊界。然而該方法設(shè)備相對(duì)復(fù)雜，操作繁瑣。風(fēng)洞試驗(yàn)中最常用的激勵(lì)方式為紊流自然激勵(lì)，該激勵(lì)方法不需要額外的激勵(lì)設(shè)備，操作簡(jiǎn)便、能夠有效降低成本。

目前，針對(duì)紊流激勵(lì)條件，有文獻(xiàn)采用隨機(jī)減量法對(duì)輸出響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行系集平均以獲得系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)，然而隨機(jī)減量法需要選取合適的觸發(fā)條件與子信號(hào)的平均次數(shù)，而這兩者又是相互關(guān)聯(lián)的，所以該方法在使用過(guò)程中需要根據(jù)信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)試，這就造成了所得結(jié)果的不準(zhǔn)確與不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

??本發(fā)明針對(duì)紊流激勵(lì)條件下的風(fēng)洞顫振試驗(yàn)，提供了一種紊流激勵(lì)條件下的風(fēng)洞顫振試驗(yàn)顫振邊界預(yù)測(cè)方法，旨在解決風(fēng)洞試驗(yàn)中紊流自然激勵(lì)響應(yīng)的模態(tài)參數(shù)識(shí)別問(wèn)題。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種紊流激勵(lì)條件下的風(fēng)洞顫振試驗(yàn)顫振邊界預(yù)測(cè)方法，其包括如下步驟

（1）選取模型的彎與扭模態(tài)的測(cè)點(diǎn)位置粘貼傳感器，在某個(gè)吹風(fēng)風(fēng)速下實(shí)時(shí)采集各點(diǎn)響應(yīng)；

（2）在步驟（1）的吹風(fēng)風(fēng)速下，對(duì)所測(cè)響應(yīng)進(jìn)行趨勢(shì)去除與平滑處理預(yù)處理；

（3）將每個(gè)測(cè)量通道預(yù)處理后的紊流響應(yīng)信號(hào)做自相關(guān)處理；

（4）結(jié)合地面共振試驗(yàn)各階模態(tài)的頻率，將步驟（3）所得的各測(cè)點(diǎn)的自由衰減響應(yīng)做頻域變換并進(jìn)行濾波以去除各測(cè)點(diǎn)所含模態(tài)之外的頻域信息；

（5）采用模態(tài)參數(shù)識(shí)別矩陣束方法識(shí)別步驟（4）所得的各測(cè)點(diǎn)濾波后所得響應(yīng)的各模態(tài)頻率與阻尼比參數(shù)；

（6）在每個(gè)吹風(fēng)風(fēng)速下記錄步驟（5）所得各模態(tài)參數(shù)，做出每階模態(tài)阻尼比相對(duì)于風(fēng)速的變化曲線，進(jìn)行曲線擬合并外推阻尼比降為0的風(fēng)速作為此刻測(cè)量風(fēng)速下的預(yù)測(cè)邊界點(diǎn)，并指導(dǎo)下一步風(fēng)速的加載量；

（7）每個(gè)吹風(fēng)速度下根據(jù)步驟（6）所預(yù)測(cè)的邊界風(fēng)速適當(dāng)?shù)倪x擇風(fēng)速進(jìn)行加載，重復(fù)步驟（2）—（6），更新步驟（6）中的擬合曲線并外推新的預(yù)測(cè)點(diǎn)，直到當(dāng)前風(fēng)速與預(yù)測(cè)風(fēng)速趨于一致，即判定顫振臨界點(diǎn)。

所述紊流信號(hào)處理方法為自相關(guān)處理。

所述每個(gè)外推預(yù)測(cè)邊界點(diǎn)將用于指導(dǎo)下一步風(fēng)速的加載量。

本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明紊流激勵(lì)條件下的風(fēng)洞顫振試驗(yàn)顫振邊界預(yù)測(cè)方法能夠預(yù)測(cè)紊流激勵(lì)條件下的顫振邊界，改善傳統(tǒng)的顫振判斷方法，有助于提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性與安全性。

附圖說(shuō)明

圖1?為扭轉(zhuǎn)與面內(nèi)彎曲測(cè)點(diǎn)的紊流激勵(lì)時(shí)域響應(yīng)。

圖2?為預(yù)處理后的紊流響應(yīng)。

圖3?為自相關(guān)處理后的響應(yīng)。

圖4?為頻域的濾波處理。

圖5?為兩個(gè)風(fēng)速各測(cè)點(diǎn)的直線擬合外推。

圖6?為三個(gè)風(fēng)速各測(cè)點(diǎn)的直線擬合外推與二次項(xiàng)擬合外推。

圖7?為更新的風(fēng)速各測(cè)點(diǎn)的直線擬合外推與二次項(xiàng)擬合外推。

圖8?為面內(nèi)彎曲模態(tài)紊流響應(yīng)自相關(guān)處理后的頻譜隨風(fēng)速的變化。

圖9?為扭轉(zhuǎn)模態(tài)紊流響應(yīng)自相關(guān)處理后的頻譜隨風(fēng)速的變化。

圖10為翼尖紊流響應(yīng)自相關(guān)處理后的頻譜隨風(fēng)速的變化。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

請(qǐng)參照?qǐng)D1至圖10所示，本發(fā)明的紊流激勵(lì)條件下的風(fēng)洞顫振試驗(yàn)顫振邊界預(yù)測(cè)方法包括以下步驟：

（1）選取模型的彎與扭模態(tài)的測(cè)點(diǎn)位置粘貼傳感器，在吹風(fēng)過(guò)程中實(shí)時(shí)采集各點(diǎn)響應(yīng)，采樣頻率為4096Hz，風(fēng)速為41m/s時(shí)彎扭響應(yīng)如圖1所示；