[发明专利]风洞模型支杆抑振系统作动器布局优化方法

摘要

本发明一种风洞模型支杆抑振系统作动器布局方法属于风洞模型试验振动抑制领域，涉及一种风洞模型支杆抑振系统作动器布局方法。布局方法通过在风洞环境下测量一段时间内飞行器模型在垂直于支杆轴线的二维平面内振动加速度信号，获得偏移矢量，解算出振动主相位角度；在主相位正交坐标系下分解振动偏移矢量，建立两正交方向上振幅均值的统计量；构建作动器驱动支杆在主相位与正交方向上最大输出弯矩与布局偏角间的函数关系，通过抑振需求与输出能力间的匹配，获得布局偏角，最终实现对作动器位置的合理化布局。该方法优化布局后的抑振器输出效率高，降低了对风洞流场的影响，从而提高风洞试验数据的可靠性。

主权项

一种风洞模型支杆抑振系统作动器布局方法，其特征是，布局方法通过在风洞环境下测量一段时间内飞行器模型在垂直于支杆轴线的二维平面内振动加速度信号，获得偏移矢量，解算出振动主相位角度；在主相位正交坐标系下分解振动偏移矢量，建立两正交方向上振幅均值的统计量；构建作动器驱动支杆在主相位与正交方向上最大输出弯矩与布局偏角间的函数关系，通过抑振需求与输出能力间的匹配，获得布局偏角，最终实现对作动器位置的合理化布局；具体步骤如下：第一步二维振动矢量主相位角解算将主相位方向定义为二维振动偏移最显著的方向，主相位角为平均振动方向与俯仰偏航坐标轴正方向之间的夹角，用来确定作动器分布的整体偏角，主相位角的求解需要对振动偏移矢量进行统计；首先，将置于支杆模型系统自由端的加速度传感器采集到的二维振动加速度信号转化为振动偏移量信号；xi=Σm=0i12(axm+1+axm)·Δtyi=Σm=0i12(aym+1+aym)·Δt---(1)]]>其中，xi,yi分别为第i个采样时刻系统在偏航与俯仰方向上振动的偏移量，axm,axm+1,aym,aym+1分别为在第m,m+1个采样时刻偏航与俯仰方向上振动加速度的测量值，Δt为采样间隔；然后，解算出各采样时刻二维振动偏移矢量的大小与方向，构建二维振动偏移矢量|fi→|=xi2+yi2∠fi→=arctan(yixi)∠fi→∈(0,π)---(2)]]>分别表示在第i个采样时刻振动偏移矢量的大小与方向；xi,yi分别为第i个采样时刻对应的偏航和俯仰方向上的振动偏移量；通过构建上述振动偏移矢量，由公式(3)求取代表振动信号的振动显著方向的主相位角α：α=Σi=0n|fi→|·∠fi→Σi=0n|fi→|---(3)]]>第二步主相位正交坐标系下抑振性能需求评估根据主相位方向与其正交方向建立主相位正交坐标系(xα,yα)，将二维振动矢量分解到主相位正交坐标系(xαi,yαi)坐标轴方向上；其中，xi,yi分别为第i个采样时刻系统在偏航与俯仰方向上振动的偏移量；xαi,yαi分别为第i个采样时刻偏移矢量在主相位正交坐标系下分解得到的坐标：xαi=xicos(π2-α)-yisin(π2-α)yαi=yicos(π2-α)+xisin(π2-α)---(4)]]>通过公式(5)分别统计沿主相位方向yα与正交方向xα上振动偏移分量绝对值的均值正交方向上振幅均值的统计量用以定量地评价振动信号对抑振器在主相位与正交方向上振动的严重程度，即在对应方向上振动抑制能力的需求；Xα‾=Σi=0n|xαi|nYα‾=Σi=0n|yαi|n---(5)]]>第三步基于需求匹配的布局偏角解算为使作动器在主相位与正交方向上输出能力分配最合理，应使作动器在两个方向上输出能力与对应方向上抑振性能的需求相互匹配，即作动器的极限弯矩输出能力与对应方向上振动偏移分量绝对值的均值成正比：2Fr·cos(β)2Fr·sin(β)=Yα‾Xα‾---(6)]]>其中，F为单个作动器的标称推力，β为作动器相对于主相位方向的夹角，r为作动器到支杆弯曲中心的距离，2Fr·cos(β)为抑振器在主相位方向上的极限弯矩输出能力；2Fr·sin(β)为抑振器在正交方向上的极限弯矩输出能力；分别表示正交与主相位方向上振动偏移分量绝对值的均值；进而，解得布局偏角β：β=arctan(Xα‾Yα‾)---(7)]]>通过求得的主相位角α和布局偏角β就能确定抑振器中各作动器的位置分布。