[發明專利]一種基于iFEM方法及RZT理論的機翼基線動態位置測量方法

有效

• 申請號: 201910203304.0
• 申請日: 2019-03-18
• 公開（公告）號: CN109948245B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 陳熙源;馬振;楊萍;柳笛;方琳
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23;G06F113/28;G06F119/14
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開一種基于iFEM(Inverse?Finite?Element?Method)方法及RZT(Refined?Zigzag?Theory)理論的機翼基線動態位置測量方法，包括四個步驟：確定所選機翼的機翼三維模型，然后設計機翼表面FBG(Fiber?Bragg?Grating)傳感器陣列和應變花布局排布，接著建立基于RZT理論的逆有限元仿真模型，最后測量數據的讀取與轉換，得出機翼基線的動態位置。本發明實現一種基于RZT理論的機翼基線動態位置測量方法，魯棒性好，適應性強。

技術領域

本發明涉及機翼基線動態位置測量的方法，具體涉及一種基于iFEM方法及RZT理論的在機翼基線動態位置測量中的應用。

背景技術

高空長航時飛行的無人機預警越來越受重視，此類飛機普遍采用質量輕展現比大的柔性機翼，具有升阻比大、結構輕、柔性大等特點。在氣動載荷載荷下，機翼產生很大的彎曲和扭轉變形，嚴重影響飛機的安全性。然而，機翼同時又是一部長基線天線，機翼的變形將直接影響著陣列天線的性能，為了補償因變形導致的天線電性能的變化，必須準確獲取機翼的變形量。

iFEM方法在對任何約束邊界條件的任何拓撲結構的動態變化測量方面具有明顯的優勢，在對機翼的形狀感知和特殊點位置測量時無需先驗知識，此外，iFEM方法魯棒性好，適合于實時在線監測。

發明內容

技術問題：本發明的目的是提供一種基于iFEM(Inverse?Finite?ElementMethod)方法及RZT(Refined?Zigzag?Theory)理論的機翼基線動態位置測量方法，包括五個步驟：確定所選機翼的機翼三維模型，然后設計機翼表面FBG傳感器陣列和應變花的排布計，接著建立基于RZT理論的逆有限元仿真模型，最后測量數據的讀取與轉換，得出機翼基線的動態位置。

技術方案：本發明的技術方案是將FBG傳感器、應變花與iFEM方法相結合的方式間接的獲取機翼基線的動態位置測量。

該測量方法包括以下步驟：

步驟1、機翼模型的確定：根據所選機翼的空間尺寸數據，生成機翼的三維模型，并導入到有限元分析軟件中；

步驟2、機翼表面FBG傳感器陣列和應變花布局排布的設計：根據機翼的尺寸，在機翼的不同位置布置應變花以及FBG傳感器陣列；

步驟3、基于RZT理論的逆有限元仿真模型的建立：網格劃分時采用三節點單元；

步驟4、測量數據的讀取與轉換：結合計算機的數據同步，在機翼上模擬施加彎曲、扭轉和膜變形的均勻分布力，分別讀取FBG傳感器和應變花傳感器的數據，通過運算解算出機翼上各點的空間位置坐標；

步驟5、機翼基線動態位置的獲取：通過借助于FBG傳感器和應變花傳感器獲取的數據以及有限元分析，最后得出基線的動態測量結果。

其中：

所述的機翼模型通常為大展弦比的機翼，有助于所述的應變花以及FBG傳感器陣列的布局排布設計。

所述機翼模型分成3層，坐標系采用正交坐標系(x₁,x₂,z)，其中(x₁,x₂)為平面內坐標，z為機翼厚度方向即撓度方向坐標；使用的三節點單元具有各向異性，每個節點有9個自由度；

沿x₁、x₂方向的膜位移及沿著z軸方向橫向撓度的推導公式分別為：