[发明专利]气动弹性稳定性的地面模拟预测方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及气动弹性稳定性的地面模拟预测方法和系统，具体用来确定气动弹性临界稳定状态。

背景技术

目前，气动弹性稳定性预测主要有理论分析和试验两种途径。前者要求对飞行器对象进行数学建模，而在气动弹性建模过程需要在结构、气动等方面引入一定假设，计算时难以考虑真实结构存在的各种非线性因素影响，且建模会存在一定误差。后者通过开展飞行器的动特性测试来验证理论方法的正确与否、进一步确保飞行器安全。气动弹性试验主要包括地面振动试验，风洞试验和飞行试验三种。地面振动试验为真实飞行器结构，但不能考虑气动力作用。风洞试验可考虑气动力的影响，但受到风洞尺寸和风速限制等影响，设计者通常将实际飞行器进行尺寸缩比，缩比模型与真实结构存在一定差别，而且由于风洞洞壁干扰、支架干扰等固有局限性，风洞试验结果与真实飞行器特性有一定差异；此外对于高速、热环境等情况，风洞试验的费用昂贵并且实施困难，目前仍无性价比高的试验手段。飞行试验，使用真实飞行器进行现场飞行，具有不受各种简化假设限制的优点，试验结果最为真实可靠，但飞行试验也有其独特的复杂性和危险性。

所述的预测气动弹性稳定性的地面模拟方法可以直接应用在实际结构上，所以结构的固有特性能得以保留，试验结果更加真实可靠。它能有效结合地面振动试验和风洞试验的优点，在较短时间内以较低成本完成预测，同时还能规避飞行试验的危险性。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：非定常气动力快速计算方法、分布式气动力减缩位置设计与优化方法；力加载设备的力输出精确控制等。

本发明的优点包括：一、以实物为受试结构，进行气动弹性稳定性预测，结果更加可信；二、相比于风洞试验，可以节省大量时间和费用；三、相比于飞行试验，更加安全无危险。

根据本发明的一个实施例的系统包括：支持系统、受试结构、运动信号传感器、数据采集卡、气动力计算计算机、力传感器、力加载设备。

在根据本发明的一个实施例中：

1.受试结构安装在支持系统上。

2.通过优化算法，确定激振点位置，并安装力加载设备、力传感器和运动信号传感器。

3.受试结构在初始扰动作用下发生运动，运动信号传感器测得其响应。

4.气动力计算计算机根据数据采集卡实时采集的运动信号传感器信号和所设定的受试结构的飞行工况，实时计算出非定常气动力，并等效成减缩加载点的集中力。

5.力加载设备根据气动力计算计算机指令对受试结构施加作用力，形成新的扰动，如此循环往复，使结构产生振动。

6.通过采集的运动信号判断此飞行工况下受试结构是否稳定。如稳定，逐步改变飞行速度，使受试结构由稳定变为临界稳定，此时所对应的飞行状态即为气动弹性临界稳定状态，所对应的速度即为相应的临界稳定速度。

根据本发明的一个方面，提供了一种气动弹性稳定性的地面模拟预测系统，其特征在于：

支持系统，用于为受试结构提供刚性支持或弹性支持；

多个力加载设备，每个力加载设备用于在受试结构上布置一个力加载作用点，

多个力传感器，每个力加载作用点处的受试结构上布置一个力传感器；

多个运动信号传感器测点，每个测点处的受试结构上布置一个运动信号传感器；

数据采集卡，用于实时采集运动信号传感器所测的信号，得到受试结构的动态特性；

气动力计算部分，用于根据数据采集卡采集的运动信号，实时计算出相应的非定常分布气动力，并将这种分布力通过力加载设备实时准确地加载到受试结构上，

其中力传感器监测加载点上的作用力，并实时反馈给气动力计算部分，以便进行力输出校正。

根据本发明的另一个方面，提供了一种气动弹性稳定性的地面模拟预测方法，其特征在于：

通过支持系统，为受试结构提供刚性支持或弹性支持；

用多个力加载设备在受试结构加载力，其中每个力加载设备在受试结构上布置一个力加载作用点，

用多个力传感器检测加载在受试结构上的力，其中在每个力加载作用点处的受试结构上布置一个力传感器；

用多个运动信号传感器测点检测受试结构上的运动信号，其中在每个测点处的受试结构上布置一个运动信号传感器；

用数据采集卡实时采集运动信号传感器所测的信号，得到受试结构的动态特性；

用气动力计算部分，根据数据采集卡采集的运动信号，实时计算出相应的非定常分布气动力，并将这种分布力通过力加载设备实时准确地加载到受试结构上，