[發明專利]一種突風響應地面模擬試驗方法

有效

• 申請號: 201811286428.1
• 申請日: 2018-10-31
• 公開（公告）號: CN109738144B
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發明（設計）人: 宋巧治;李曉東;崔盼禮
• 申請（專利權）人: 中國飛機強度研究所
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;B64F5/60
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 杜永保

本發明公開了一種突風響應地面模擬試驗方法，通過在飛機結構上布置傳感器以測試待測試結構的響應信號，利用待測試結構的響應信號通過氣動力計算模塊計算結構振動引起的非定常氣動力，引入突風激勵模型，將突風激勵與振動引起的非定常氣動力疊加，通過激振器施加在待測試結構上，為保證氣動力的準確加載，對激振器的輸出力進行閉環控制，通過給定試驗的測試條件，記錄結構的位移響應信號即為突風激勵下的響應。試驗不受待測試結構尺寸限制，可以在真實飛機結構上進行，相比于有限元分析結果該試驗結果可信度較高；該試驗可在地面振動試驗后進行少量設置以及傳感器布置后直接進行，試驗狀態調節可以直接在軟件中設置，試驗操作簡便，可縮短試驗周期。

技術領域

本方法屬于氣動彈性試驗領域，特別涉及一種突風響應地面模擬試驗方法，主要用于飛機結構的突風響應的地面模擬與測試。

背景技術

突風響應是飛機結構在大氣紊流作用下機體的響應，由于突風響應對于乘坐舒適性有著重要的影響，因此突風響應分析與驗證是民機設計定型過程中一個必要的環節。為了對民機結構進行設計優化以及突風的減緩控制，需要對飛機結構在突風載荷作用下的響應進行評估，目前的工程上采用的主要手段有仿真分析和風洞試驗兩種，而通常用于氣動彈性驗證的飛行試驗由于大氣紊流試驗條件不可控，試驗難以實施。有限元分析具有成本低、周期短的優勢，但是由于模型與真實飛機結構存在差異，并且無法考慮飛機結構的非線性等因素的影響，造成分析的誤差較大；風洞模型氣動力模擬精度較高，但是由于縮比模型與真實飛機結構存在差異，試驗與真實情況存在一定差異，同時風洞試驗的費用較高，加工模型的周期較長。鑒于上述手段的不足，提出一種基于地面振動試驗的飛機結構突風項目地面模擬試驗方法，通過激振器的集中力模擬飛機結構受到的非定常分布氣動力，可以針對真實飛機結構進行試驗測試，試驗結果的可信度較高。

發明內容

發明目的

本發明的目的在于提出一種突風響應地面模擬試驗方法，以提高突風載荷作用下飛機結構響應的預測精度，同時降低成本、縮短預測周期，從而為民機結構的防突風設計以及突風載荷減緩控制設計提供前向的數據指導。

發明技術解決方案

為了實現上述發明目的，本發明采用下述的技術方案：

一種突風響應地面模擬試驗方法，通過在待測試結構上布置傳感器以測試待測試結構的響應信號，利用待測試結構的響應信號通過氣動力重構模塊計算待測試結構振動引起的非定常氣動力，引入突風激勵模型，將突風激勵與振動引起的非定常氣動力疊加，通過激振器施加在待測試結構上，為保證氣動力的準確加載，對激振器的輸出力進行閉環控制，通過給定試驗的測試條件，記錄待測試結構的位移響應信號即為突風激勵下的響應。

優選的，所述傳感器采用加速度和位移傳感器，速度信號通過加速度積分或位移微分間接得到。

優選的，本發明的一種突風響應地面模擬試驗方法，包括如下步驟：步驟1：針對待測試結構，利用有限元方法進行突風響應分析，獲得給定飛行狀態和激勵下的突風響應的分析結果；步驟2：將步驟1的結果作為優化的目標函數，優化變量為激振器和傳感器的位置和數量，采用遺傳算法進行優化，獲得最優的激振器和傳感器的布置方案；步驟3：利用步驟2獲得的激振器和傳感器的布置方案，對力插值和響應插值矩陣進行降階處理，將非定常氣動力影響系矩陣前乘響應插值矩陣后乘力插值矩陣，獲得降階后氣動力的頻域模型；步驟4：利用最小狀態法將步驟3獲得的頻域模型擬合到時域中，獲得氣動力的時域模型；步驟5：按照步驟2獲得的激振器和傳感器布置方案進行安裝，對各子系統進行聯接；步驟6：通過半實物仿真系統給功率放大器施加激勵信號，測試激振器作用在待測試結構上的響應，并設計控制器，控制器的設計方法參照中國專利CN201310303375.0基于H_∞魯棒控制的多點激勵力控制系統設計方法；步驟7：在氣動力重構模塊中設置待測試結構的飛行狀態將模型下載至半實物仿真系統并進行試驗，記錄待測試結構的位移響應信號，與分析結果進行對比。

優選的，步驟7中飛行狀態包括高度、馬赫數。