[发明专利]基于桨叶载荷识别的传感器布局优化方法

说明书

本发明公开了基于桨叶载荷识别的传感器布局优化方法，属于直升机旋翼桨叶载荷识别领域。所述方法根据模态保证准则来比较旋翼桨叶的实验振型和分析振型，提出了采用有效独立方法的传感器最优布置方法，以达到最大化旋翼桨叶模态振型空间独立性的目的，是直升机旋翼桨叶结构动载荷识别的基础。提出的传感器布局优化方法可以在传感器有限的情况下，较好地保留旋翼桨叶模态信息和原结构特性，可以适用于目前主要的直升机旋翼载荷识别方法，具备良好的工程应用价值。

技术领域

本发明属于直升机旋翼桨叶载荷识别的技术领域，具体指一种基于桨叶载荷识别的传感器布局优化方法。

背景技术

直升机旋翼载荷的研究一直是直升机理论和技术发展中最基本、最重要的课题之一，同时也是最复杂、最困难的问题之一。直升机在飞行过程中，旋翼桨叶在不同的方位角和不同的桨叶径向位置的相对气流速度不对称，这导致对应的气动力随方位角改变而周期变化，即桨叶所处的气动环境是非对称、非定常的。旋翼气动载荷的各阶谐波成分中，较大的一阶和二阶谐波成分是旋翼桨叶疲劳问题的主要根源，而较小的高阶谐波成分影响桨叶的气动弹性响应。旋翼气动载荷的确定可以指导桨叶和其他直升机部件结构的优化设计，达到降低直升机的振动以及减小噪音的目的。因此，准确计算旋翼桨叶的气动载荷具有重要的研究意义和工程应用价值。

国内外针对提高旋翼桨叶气动载荷预估精度进行了大量的研究工作，目前预估结果只在某些条件下较好，而在大部分状态下达不到所希望的结果。为了获得更加精确的旋翼载荷估算结果，一种将理论和实验结合起来分析旋翼载荷的工程方法——直升机旋翼载荷识别方法受到广泛关注。直升机旋翼载荷识别方法的基本思想是通过旋翼桨叶的实测动应变计算旋翼载荷。

直升机旋翼载荷识别技术多在频域中进行识别，旋翼桨叶模型的模态参数的精度对载荷识别结果的影响巨大。近些年的研究注重于建立更为准确的旋翼桨叶气动载荷识别方法，但对于旋翼桨叶传感器优化配置的文献很少。目前常见的传感器配置的工程方法是在避开低阶振型驻点的前提下，沿桨叶径向均匀配置传感器。显然这种方案没有考虑不同模态间的相互独立性，也没有考虑有限元解析模型和测试分析模型模态参数的一致性，是亟待优化的。

发明内容

针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种采用有效独立方法的桨叶载荷识别传感器布局优化方法，以克服现有技术对直升机载荷识别的缺陷问题；在有限传感器的前提下，本发明实现不同模态间的良好的独立性。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明的基于桨叶载荷识别的传感器布局优化方法，包括步骤如下：

S1、根据旋翼桨叶传感器布置的边界约束设定待筛选的传感器初始化位置；

S2、对传感器位置进行迭代计算，所述迭代计算包含传感器位置对应有限元模型的建立和传感器位置的评价，每次迭代剔除评价最低的传感器位置，直至满足传感器数目要求停止迭代，确定传感器布置位置；

S3、计算模态保证准则矩阵，对最终选择的传感器布置再次评价；

S4、采用模态分析法进行旋翼桨叶结构动载荷识别。

进一步的，所述的S1包括：

S11：采用柔性梁桨毂，设定边界约束条件为铰接式；

S12：设定初始传感器均匀布置于直升机旋翼桨叶表面。

进一步的，所述的S2包括：

S21、建立传感器位置对应的有限元模型，计算有限元模型的模态位移矩阵；

S22、根据所述模态位移矩阵计算Fisher信息矩阵，并构建幂等矩阵E；

S23、选择幂等矩阵E的对角线元素作为目标函数，对传感器位置进行评价；