考虑舵轴间隙的典型舵面地面颤振虚拟试验建模方法技术

考虑舵轴间隙的典型舵面地面颤振虚拟试验建模方法。本申请涉及动力学与控制研究的领域，具体公开了一种地面颤振虚拟试验建模方法，建模方法用于建立具有激振器、舵面、舵轴的模型，建模方法包括：构建降阶刚柔耦合动力学模型，降阶刚柔耦合动力学模型包含边界点自耦合、边界点与内部点耦合、内部点与边界点耦合和内部点自耦合相对应的降阶质量和降阶刚度；根据降阶模态自由度位移、降阶模态自由度速度、激振器的作用力和舵轴受力，求解降阶刚柔耦合动力学模型，得到激振台面位移、速度和加速度，其中舵轴受力根据舵轴位移和舵轴间隙确定。本申请提供的方案克服了传统方法难以考虑舵轴间隙影响的问题，使舵面模拟结果更加准确、贴近实际情况。贴近实际情况。贴近实际情况。

【技术实现步骤摘要】
考虑舵轴间隙的典型舵面地面颤振虚拟试验建模方法


[0001]本申请涉及动力学与控制研究的
，特别是一种考虑舵轴间隙的典型舵面地面颤振虚拟试验建模方法。

技术介绍

[0002]地面颤振模拟试验技术是近年来发展的一种半实物仿真验证技术，具有风险小、周期短、精度高的优势。该技术通过采用有限个激振器提供的集中力来模拟作用于飞行器表面的分布气动力，从而达到在地面测试飞行器颤振边界的目的。目前常温结构的地面颤振模拟试验已经获得了实验室的验证，正在进行工程应用推广。由于地面颤振模拟试验技术具有较强开放性，可以方便地开展热颤振、气动伺服弹性等试验验证，具有广阔的应用前景。综上所述，在研究颤振地面模拟试验时，研究者主要需要考虑非定常气动力降阶重构方法、多输入多输出系统控制器等技术要点。
[0003]虚拟试验是指在虚拟环境条件下，利用计算机建模与仿真技术对现实复杂物理系统的模拟试验，主要考核现实复杂物理系统的功能和性能是否达到设计要求。采用虚拟试验系统代替实际复杂物理系统，使试验次数可以不受限制，试验过程具有可重复性。虚拟试验可以为真实系统试验的前期工作打下基础，可以在一定程度上代替物理系统中无法测试的试验。在费钱、费力又费时的物理系统试验中，可以解决资源缺乏的问题，同时缩短真实物理系统试验时间、节约开支，它还避免了部分真实系统试验有害物质的排放，减少了对环境的污染。随着虚拟试验技术的广泛应用，其优越性获得了各个领域的认可。与地面颤振模拟试验技术不同，地面颤振虚拟试验技术的主要难点在于试验件安装中非线性特性模拟、激振器与试验件动力学耦合模型建模和试验件颤振动力学响应模拟。

技术实现思路

[0004]本申请提供一种考虑舵轴间隙的典型舵面地面颤振虚拟试验建模方法，目的是克服了传统方法难以考虑舵轴间隙影响的问题，以使得舵面模拟结果更加准确、贴近实际情况。
[0005]第一方面，提供了一种地面颤振虚拟试验建模方法，所述建模方法用于建立具有激振器、舵面、舵轴的模型，所述建模方法包括：
[0006]构建降阶刚柔耦合动力学模型，所述降阶刚柔耦合动力学模型包含边界点自耦合、边界点与内部点耦合、内部点与边界点耦合和内部点自耦合相对应的降阶质量和降阶刚度；
[0007]根据降阶模态自由度位移、降阶模态自由度速度、所述激振器的作用力和舵轴受力，求解所述降阶刚柔耦合动力学模型，得到激振台面位移、速度和加速度，其中所述舵轴受力根据舵轴位移和舵轴间隙确定。
[0008]与现有技术相比，本申请提供的方案至少包括以下有益技术效果：
[0009]本专利技术基于刚柔耦合多体动力学模型、激振器机电耦合模型、激振器反馈控制模
型、碰撞模型和气动力模型，提出一种典型舵面地面颤振虚拟试验建模方法，通过碰撞模型与柔性多体动力学模型耦合，使得该方法建立的模型能够计及舵轴间隙开展典型舵面的地面颤振虚拟试验。
[0010]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述舵轴受力满足：
[0011]当|x
r
|
‑
δ＜1
×
10
‑5时，舵轴受力f
r
＝F
s
+F
d
，碰撞弹性力F
s
与碰撞阻尼力F
d
为：
[0012]x
r
为舵轴拨片节点位移，δ为初始间隙。
[0013]本申请提供的方案可以同时考虑碰撞弹性力和碰撞阻尼力，以兼顾相对较多的碰撞作用力，使分析结果更加准确。
[0014]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述激振器的作用力根据所述激振台面位移、速度和加速度，以及线圈通电电流确定。
[0015]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述激振器的作用力满足：
[0016][0017]Kf表示线圈通电所受安培力系数，i表示线圈通电电流，x、和分别为激振台面位移、速度和加速度，m、c和k分别为激振器动圈质量、阻尼和支撑刚度，f为所述激振器的作用力。
[0018]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述线圈通电电流i满足：
[0019][0020]其中K
f
表示线圈的感应电动势系数，R为激振器电阻，V输出为输出电压，V输入为输入电压，G为功放系数。
[0021]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述输入电压满足：
[0022][0023]其中k1、k2、k3和k4为人工指定状态反馈系数，f
a
为激振器输出信号。
[0024]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述激振器输出信号f
a
满足：
[0025][0026]其中H(s)为气动力传递函数，u
b
为边界节点位移向量。
[0027]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述降阶刚柔耦合动力学模型满足：
[0028][0029]其中和u
b
分别为边界节点加速度向量和位移向量，f
b
为模型边界节点载荷向量，
η
*
为降阶模态自由度位移，代表降阶模态自由度加速度，代表降阶模态自由度加速度，和分别代表边界点自耦合、边界点与内部点耦合、内部点与边界点耦合和内部点自耦合相对应的降阶质量，和分别代表边界点自耦合、边界点与内部点耦合、内部点与边界点耦合和内部点自耦合相对应的降阶刚度。
[0030]结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述求解所述降阶刚柔耦合动力学模型，包括：
[0031]求解状态方程：
[0032][0033]其中
[0034][0035][0036]C＝[I 0 I 0],D＝[0][0037][0038]I为单位矩阵，η
*
为降阶模态自由度位移，代表降阶模态自由度加速度，x
r
为舵轴拨片节点位移，x
e
为舵尖后缘节点位移，激振器作用力f
e
＝
‑
f，f
r
为舵轴受力，边界节点位移信号u
b
＝x，边界节点速度信号边界节点加速度信号
[0039]第二方面，提供了一种电子设备，所述电子设备用于执行如上述第一方面中的任意一种实现方式中所述的地面颤振虚拟试验建模方法。
附图说明
[0040]图1为本申请实施例提供的一种地面颤振虚拟试验建模方法的示意性流程图。
[0041]图2为本申请实施例提供的一种地面颤振虚拟试验建模方法的示意性流程图。
[0042]图3为电磁激振器的示意性结构图。
[0043]图4为激振器与舵面连接示意图。
[0044]图5为典型舵面有限元模型的示意性结构图。
[0045]图6为无间隙典型舵面测量点加速度时域信号。
[0046]图7为存在间隙典型舵面测量点加速度时域信号。
[0047]图8为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地面颤振虚拟试验建模方法，其特征在于，所述建模方法用于建立具有激振器、舵面、舵轴的模型，所述建模方法包括：构建降阶刚柔耦合动力学模型，所述降阶刚柔耦合动力学模型包含边界点自耦合、边界点与内部点耦合、内部点与边界点耦合和内部点自耦合相对应的降阶质量和降阶刚度；根据降阶模态自由度位移、降阶模态自由度速度、所述激振器的作用力和舵轴受力，求解所述降阶刚柔耦合动力学模型，得到激振台面位移、速度和加速度，其中所述舵轴受力根据舵轴位移和舵轴间隙确定。2.根据权利要求1所述的地面颤振虚拟试验建模方法，其特征在于，所述舵轴受力满足：当|x
r
|
‑
δ＜1
×
10
‑5时，舵轴受力f
r
＝F
s
+F
d
，碰撞弹性力F
s
与碰撞阻尼力F
d
为：x
r
为舵轴拨片节点位移，δ为初始间隙。3.根据权利要求1所述的地面颤振虚拟试验建模方法，其特征在于，所述激振器的作用力根据所述激振台面位移、速度和加速度，以及线圈通电电流确定。4.根据权利要求3所述的地面颤振虚拟试验建模方法，其特征在于，所述激振器的作用力满足：K
f
表示线圈通电所受安培力系数，i表示线圈通电电流，x、和分别为激振台面位移、速度和加速度，m、c和k分别为激振器动圈质量、阻尼和支撑刚度，f为所述激振器的作用力。5.根据权利要求4所述的地面颤振虚拟试验建模方法，其特征在于，所述线圈通电电流i满足：V
输出
＝GV
输入
，其中K
f
表示线圈的感应电动势系数，R为激振器电阻，V
输出
为输出电压，V

【专利技术属性】
技术研发人员：杨执钧，张忠，高博，韦冰峰，郭静，侯传涛，任方，秦朝红，魏龙，王飞，
申请(专利权)人：北京强度环境研究所，
类型：发明
国别省市：