[发明专利]紊流激励条件下的风洞颤振试验颤振边界预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种模态参数识别方法，尤其涉及一种紊流激励条件下的风洞颤振试验颤振边界预测方法，属于模态参数识别技术领域。

背景技术

颤振试验是飞行器设计工作中必需的一个重要环节，通过试验得到的颤振边界能够确定飞行器的飞行包线，进而评判飞行器性能与保障飞行安全。

然而目前在风洞颤振试验中，颤振速度的获得通常还依赖于试验人员的工作经验。试验人员以有限元计算的颤振边界作为参考值，在吹风的初始阶段会以一定的风速阶梯提高风速，然后不断降低其风速阶梯的增速，当风速加载靠近理论颤振风速时，小心地风速微增使振动逐渐发散，通过观察响应信号的衰减发散情况与试验件的振动情况来判断颤振边界是否到达，以此获得颤振速度。然而如果吹风模型存在未发现的设计缺陷导致实际颤振速度与理论结果误差较大，在提高风速时很有可能在工作人员来不及反应的情况下解体破坏，甚至会损坏风洞，因此仅根据人工经验来判断颤振边界存在着风险性与不准确性。

在风洞颤振试验中，可以通过类似于在翼尖安装小火箭激励的方式来获得冲击响应，识别模态阻尼并外推颤振边界。然而该方法设备相对复杂，操作繁琐。风洞试验中最常用的激励方式为紊流自然激励，该激励方法不需要额外的激励设备，操作简便、能够有效降低成本。

目前，针对紊流激励条件，有文献采用随机减量法对输出响应信号进行系集平均以获得系统的冲击响应，然而随机减量法需要选取合适的触发条件与子信号的平均次数，而这两者又是相互关联的，所以该方法在使用过程中需要根据信号进行进一步的调试，这就造成了所得结果的不准确与不稳定。

发明内容

  本发明针对紊流激励条件下的风洞颤振试验，提供了一种紊流激励条件下的风洞颤振试验颤振边界预测方法，旨在解决风洞试验中紊流自然激励响应的模态参数识别问题。

本发明采用如下技术方案：一种紊流激励条件下的风洞颤振试验颤振边界预测方法，其包括如下步骤

（1）选取模型的弯与扭模态的测点位置粘贴传感器，在某个吹风风速下实时采集各点响应；

（2）在步骤（1）的吹风风速下，对所测响应进行趋势去除与平滑处理预处理；

（3）将每个测量通道预处理后的紊流响应信号做自相关处理；

（4）结合地面共振试验各阶模态的频率，将步骤（3）所得的各测点的自由衰减响应做频域变换并进行滤波以去除各测点所含模态之外的频域信息；

（5）采用模态参数识别矩阵束方法识别步骤（4）所得的各测点滤波后所得响应的各模态频率与阻尼比参数；

（6）在每个吹风风速下记录步骤（5）所得各模态参数，做出每阶模态阻尼比相对于风速的变化曲线，进行曲线拟合并外推阻尼比降为0的风速作为此刻测量风速下的预测边界点，并指导下一步风速的加载量；

（7）每个吹风速度下根据步骤（6）所预测的边界风速适当的选择风速进行加载，重复步骤（2）—（6），更新步骤（6）中的拟合曲线并外推新的预测点，直到当前风速与预测风速趋于一致，即判定颤振临界点。

所述紊流信号处理方法为自相关处理。

所述每个外推预测边界点将用于指导下一步风速的加载量。

本发明具有如下有益效果：本发明紊流激励条件下的风洞颤振试验颤振边界预测方法能够预测紊流激励条件下的颤振边界，改善传统的颤振判断方法，有助于提高试验的准确性与安全性。

附图说明

图1 为扭转与面内弯曲测点的紊流激励时域响应。

图2 为预处理后的紊流响应。

图3 为自相关处理后的响应。

图4 为频域的滤波处理。

图5 为两个风速各测点的直线拟合外推。

图6 为三个风速各测点的直线拟合外推与二次项拟合外推。

图7 为更新的风速各测点的直线拟合外推与二次项拟合外推。

图8 为面内弯曲模态紊流响应自相关处理后的频谱随风速的变化。

图9 为扭转模态紊流响应自相关处理后的频谱随风速的变化。

图10为翼尖紊流响应自相关处理后的频谱随风速的变化。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：

请参照图1至图10所示，本发明的紊流激励条件下的风洞颤振试验颤振边界预测方法包括以下步骤：

（1）选取模型的弯与扭模态的测点位置粘贴传感器，在吹风过程中实时采集各点响应，采样频率为4096Hz，风速为41m/s时弯扭响应如图1所示；