[發明專利]一種近似在線的顫振邊界預測方法

在審

• 申請號: 201710816564.6
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107860548A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 周麗;馬櫻文;李揚
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01M9/04
• 分類號: G01M9/04;G01M7/02
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

本發明公開一種近似在線的顫振邊界預測方法，在低速風洞中進行連續風速下的吹風試驗，測量出飛機關鍵部位的振動響應；畫出各個模態頻率峰值倒數圖，下降趨勢明顯的即為危險模態；繼續進行連續風速下的吹風試驗，采集數據，只在危險模態的頻率附近讀取出最大值，記為頻率峰值，每個數據點有一一對應的測量風速，該點數據所對應的速度取平均值，即為與峰值匹配的速度；畫出峰值倒數與速度的關系圖，并用一次函數進行擬合外推得到顫振邊界速度；繼續采集并處理新的試驗數據，不斷得到新的顫振邊界速度，當所預測的顫振邊界速度與實際吹風速度之間的相對誤差不足3％時，停止試驗。本發明實現在連續風速下進行顫振邊界預測，是一種近似在線的預測方法。

技術領域：

本發明涉及一種近似在線的顫振邊界預測方法，其屬于信息傳輸與處理技術領域。

背景技術：

顫振是由于氣動力、彈性力和慣性力耦合而發生的振幅不衰減的自激振動，它是氣動彈性力學中最重要的問題之一。

經過幾十年的發展，顫振風行試驗技術已經有了很大提高。但依然由三個部分組成：結構激勵、響應測量和顫振邊界的預測。其中，顫振邊界預測是最為關鍵的一部分。包括阻尼外推法、顫振余度法、包線函數法、ARMA法、NG方法和魯棒顫振分析法。

阻尼外推法通過觀測各階模態的阻尼隨亞臨界速度的變化直接外推到阻尼為零的點來求顫振臨界速度。對于大型復雜系統，阻尼外推法是最效的，目前在實際的顫振飛行試驗中使用也最廣泛。但是，阻尼識別精度相比頻率識別精度要差很多，為了減小阻尼識別的誤差，需要在同一個速度下進行多次測試；同時阻尼是飛行速度的非線性函數，在外推時，需要盡量多的測試速度點才能保證結果的準確性，還需要顫振飛行試驗點盡量接近顫振臨界點，并選擇合適的插值方法才能獲得較高的預測精度。

顫振余度法由Zimmerman和Weissenburger提出，其基于經典的彎扭二自由度機翼的運動方程，利用Routh判據確定系統的穩定條件，并通過采樣數據獲得極點信息，求解描述顫振余度的與動壓有關的二次多項式得到顫振臨界點。與阻尼外推法一樣，顫振余度法也需要進行參數識別，提取系統的阻尼和頻率信息。由于顫振余度對阻尼的敏感程度小于對頻率的敏感程度，而頻率的識別精度相比阻尼要高，可以說，顫振余度法在一定程度上彌補了阻尼外推法的阻尼提取精度要求高、外推方法選擇嚴和突發型顫振預測難等缺陷。但對于多自由度模型，須提前知道哪兩階模態發生耦合，但由于未考慮到其他模態的影響，必然存在一定的誤差。

包線函數法由Copper提出，其理論基礎是：對于任何穩定的有阻尼系統，脈沖響應是隨著時間衰減的。在時域內，響應的衰減所圍成的形狀稱為衰減包線，其大小和形狀的不同意味著阻尼的變化，其本質內涵與阻尼外推法類似。包線函數法并不需要識別模態參數，而是通過計算不同速度下包線函數的形狀參數來預測系統的穩定性。該方法對測試速度下的每一個監測位置的響應都可計算出一個包線函數，通過平均對提高預測精度有一定幫助。在包線函數法的基礎上，Copper等人基于在線差分方程，以隨機激勵作為輸入發展了在線的包線函數法，然而由于沒有確定性的輸入，該方法需要花費大量的時間收斂到一個穩定的估計，因此對于在線估計，其應用是有限的。

ARMA方法由Matsuzaki和Ando提出，所需的信號由大氣紊流對結構產生隨機激勵而獲得。其采用由包含響應項的自回歸(AR)模型和代表著白噪聲激勵的滑動平均(MA)模型“混合”而成的ARMA模型來描述氣動系統，通過系統辨識得到自回歸項系數后，由Jury判據確定系統的穩定性。該方法對于二階及二階以上模態都適用，對于高階模態系統，具有更高的預測精度。但在測試速度較小的時候，曲線擬合時可能會把緩和型顫振誤作突發性顫振。利用ARMA方法進行顫振邊界預測，飛行試驗時無需額外的激振設備，操作簡單，易于實現，但大氣紊流激勵能量主要集中在低頻段，高頻模態難以激起，并且響應信號的信噪比一般較低，這是ARMA方法的一大弊端。