[发明专利]一种基于iFEM方法及RZT理论的机翼基线动态位置测量方法

说明书

本发明公开一种基于iFEM(Inverse Finite Element Method)方法及RZT(Refined Zigzag Theory)理论的机翼基线动态位置测量方法，包括四个步骤：确定所选机翼的机翼三维模型，然后设计机翼表面FBG(Fiber Bragg Grating)传感器阵列和应变花布局排布，接着建立基于RZT理论的逆有限元仿真模型，最后测量数据的读取与转换，得出机翼基线的动态位置。本发明实现一种基于RZT理论的机翼基线动态位置测量方法，鲁棒性好，适应性强。

技术领域

本发明涉及机翼基线动态位置测量的方法，具体涉及一种基于iFEM方法及RZT理论的在机翼基线动态位置测量中的应用。

背景技术

高空长航时飞行的无人机预警越来越受重视，此类飞机普遍采用质量轻展现比大的柔性机翼，具有升阻比大、结构轻、柔性大等特点。在气动载荷载荷下，机翼产生很大的弯曲和扭转变形，严重影响飞机的安全性。然而，机翼同时又是一部长基线天线，机翼的变形将直接影响着阵列天线的性能，为了补偿因变形导致的天线电性能的变化，必须准确获取机翼的变形量。

iFEM方法在对任何约束边界条件的任何拓扑结构的动态变化测量方面具有明显的优势，在对机翼的形状感知和特殊点位置测量时无需先验知识，此外，iFEM方法鲁棒性好，适合于实时在线监测。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于iFEM(Inverse Finite ElementMethod)方法及RZT(Refined Zigzag Theory)理论的机翼基线动态位置测量方法，包括五个步骤：确定所选机翼的机翼三维模型，然后设计机翼表面FBG传感器阵列和应变花的排布计，接着建立基于RZT理论的逆有限元仿真模型，最后测量数据的读取与转换，得出机翼基线的动态位置。

技术方案：本发明的技术方案是将FBG传感器、应变花与iFEM方法相结合的方式间接的获取机翼基线的动态位置测量。

该测量方法包括以下步骤：

步骤1、机翼模型的确定：根据所选机翼的空间尺寸数据，生成机翼的三维模型，并导入到有限元分析软件中；

步骤2、机翼表面FBG传感器阵列和应变花布局排布的设计：根据机翼的尺寸，在机翼的不同位置布置应变花以及FBG传感器阵列；

步骤3、基于RZT理论的逆有限元仿真模型的建立：网格划分时采用三节点单元；

步骤4、测量数据的读取与转换：结合计算机的数据同步，在机翼上模拟施加弯曲、扭转和膜变形的均匀分布力，分别读取FBG传感器和应变花传感器的数据，通过运算解算出机翼上各点的空间位置坐标；

步骤5、机翼基线动态位置的获取：通过借助于FBG传感器和应变花传感器获取的数据以及有限元分析，最后得出基线的动态测量结果。

其中：

所述的机翼模型通常为大展弦比的机翼，有助于所述的应变花以及FBG传感器阵列的布局排布设计。

所述机翼模型分成3层，坐标系采用正交坐标系(x₁,x₂,z)，其中(x₁,x₂)为平面内坐标，z为机翼厚度方向即挠度方向坐标；使用的三节点单元具有各向异性，每个节点有9个自由度；

沿x₁、x₂方向的膜位移及沿着z轴方向横向挠度的推导公式分别为：