改进频域子空间模态分析方法及在试飞中的应用

基于频域子空间模态参数识别方法,提出了一种适用颤振试飞数据处理的频域子空间与非线性优化相结合的模态参数识别方法。通过GARTEUR模型数据对其进行了仿真验证,结果表明,模态阻尼识别精度在5%以内。将该方法用于实际颤振飞行试验的数据处理,结果表明,通过非线性优化后能够提高模态阻尼的识别精度,且具有抗噪声能力强、密集模态识别能力强和识别速度快等优点。     

机翼带外挂颤振模型模态试验与参数识别

 本文介绍了带外挂风洞颤振模型模态试验与参数识别方法。重点放在如何提高结果的可靠性和精度上。利用我们研制的识别程序,在通用计算机上识别了前九阶模态的全部模态参数。采用了四种数据检验手段以保证试验数据和识别结果的可靠性与精度。     

Flight Flutter Modal Parameters Identification with Atmospheric Turbulence Excitation Based on Wavelet Transformation

针对基于大气紊流激励的飞机颤振试验数据具有信噪比低以及测量数据以加速度响应形式给出等特点,将小波变换与随机减量法相结合对飞机颤振模态参数进行识别,首先利用随机减量法获得结构在非零初始加速度条件下的自由衰减响应,然后对该自由衰减响应进行Morlet连续小波变换,为使变换简单,本文采用了Parseval定理和留数定理,利用Morlet的带通滤波特性,通过搜索小波变换系数在不同的尺度区域内的极大值,再根据小波变换系数的极大值、相角与固有振动频率及阻尼系数间的关系,即可识别出各模态参数。并对利用小波变换识别颤振模态参数时,实现模态解耦应满足的条件进行了分析研究。通过仿真和飞机颤振试验数据分析,验证了该识别方法不仅简单、有效和可行,而且具有较强的抗噪性。     

最小二乘复频域法在颤振试飞数据处理中的应用

针对大型飞机试飞过程中,数据通道多、颤振模态密集的特点,采用最小二乘复频域法(LSCF)实现了多输入多输出系统密集模态参数识别,并引入稳态图帮助识别真实模态。LSCF法采用右矩阵分式模型,使用Z域基函数,通过最小化误差代价函数求解待定参数;根据真实模态随模型阶次增大而趋于稳定的特点,通过绘制稳态图识别出真实模态。从飞机实测试飞数据中识别出多阶密集模态,并与地面共振试验结果进行了对照,验证了方法的有效性。     

基于大气湍流激励的颤振试飞随机响应EFDD方法分析及应用

EFDD方法是近年国外提出的一种新的模态辨识分析方法。基于仿真分析研究,提出了能显著提高模态参数辨识准确度的变参数EFDD分析方法。多项试飞应用表明,利用大气湍流激励变参数EFDD分析方法,不仅有效解决了现代大中型飞机密集模态辨识问题,提高了模态参数识别准确度,而且该方法解决了飞行中无法实施人工激励的试飞问题,对现代大中型飞机的颤振试飞具有重要意义。     

均匀流场拉条模型颤振导数识别试验研究

拉条模型作为介于全桥气弹模型和节段模型之间的一种气弹模型,在以往的研究中,常用来比较分析节段模型和全桥气弹模型试验结果的差异而使用,而没有利用该模型进行主梁断面颤振导数识别的研究报道。本文则引入模态参数识别方法进行拉条模型颤振导数识别,并设计了一个平板断面的拉条模型,在均匀流场下进行了颤振导数识别试验研究,与理想平板颤振导数理论解进行了比较,试验结果与理论解的吻合说明了拉条模型颤振导数识别方法的可靠性。     

气动弹性稳定边界的飞行试验预测方法综述

颤振和气动伺服弹性失稳是危险的气动弹性现象，在飞机设计的最后阶段需要依靠飞行试验来预测气动弹性稳定边界。回顾了传统颤振试飞中的模态阻尼法和系统稳定性分析法，比较了各方法的应用特点，并重点介绍了鲁棒稳定性分析μ方法及其在气动伺服弹性试飞中的应用。最后总结了NASA德莱顿研究中心近年在气动弹性试飞方面的工作，供研究人员参考。     

系统识别与飞机颤振

本文在简要综述了系统识别技术在飞机颤振研究中的应用后,介绍了三种系统识别方法。重点讨论了其算法要点及理论基础。对有关数据处理问题也作了适当说明。基于复模态分析和优化技术的传递函数法可以精确识别出全部模态参数,并在带外挂机翼颤振模型试验中获得成功,该法可推广到仅有响应数据的风洞与飞行试验情况。脉冲响应和自回归滑动平均模型法采用了相关和最小二乘技术,可以在较强干扰情况下得到精确结果,后者还可求出估计值与真值的协方差。两种时域方法皆可无需专用信号分析设备而直接利用测量采样数据进行系统识别。     

跨声速风洞颤振试验模型激振与数据处理方法研究

简述了几种主要激励方法在颤振实验中的优缺点,分别用瞬态激励、有限带宽白噪声激励和单频激励进行地面模态实验,测量机翼模型的振动响应,并用STD、ARMA和复指数模态参数识别等时域方法识别固有频率和模态阻尼,通过与软件计算结果对比分析得知,实测的固有频率与计算结果吻合很好。     

惯性参数对飞翼体自由度颤振特性的影响规律研究

飞翼飞行器刚体短周期模态频率较高,易与一阶弹性弯曲模态耦合发生一种特殊的颤振——体自由度颤振。采用风洞实验与频域计算相结合的手段,开展了惯性参数(俯仰转动惯量、质心位置)对飞翼飞行器体自由度颤振特性(颤振速度和颤振频率)的影响规律研究。实验和计算结果表明:俯仰惯量和质心位置会明显改变体自由度颤振频率与速度,颤振实验与计算结果一致性较好。俯仰惯量增加,颤振频率降低,沉浮约束时颤振速度基本不变,沉浮自由时颤振速度增大;质心位置前移,俯仰模态频率与阻尼同时增加,俯仰与一阶弹性弯曲模态耦合更容易,但发散模态分支的阻尼也更大,导致颤振速度先降低后增大,颤振频率单调增加。     

飞行控制律对体自由度颤振特性影响试验

飞翼飞机易发生刚体短周期模态与机翼低阶弯曲模态耦合所致的体自由度颤振。飞行控制系统对飞机的短周期模态特性影响很大,因此考虑飞行控制系统的闭环体自由度颤振特性值得进一步研究。针对自主设计的颤振模型开发了相应的俯仰姿态保持控制律,综合运用风洞试验和仿真计算开展了相关研究,获得了不同刚体自由边界条件下的开环/闭环体自由度颤振特性,研究了闭环增益对体自由度颤振特性的影响规律,简要分析了影响机理。试验和仿真计算结果共同表明：俯仰姿态保持控制律明显地改变了俯仰模态阻尼的原有走势,闭环后的体自由度颤振特性变化明显。以开环颤振速度为基准,采用较小的比例回路增益K_P或较大的微分回路增益K_D,飞行控制律能增加飞行器俯仰阻尼,提高体自由度颤振速度,反之飞行控制律将导致颤振速度降低。就本文控制律而言,当K_P<0.07或K_D>0.2时俯仰姿态保持控制律能起到抑制体自由度颤振的作用。     

飞行颤振试验数据处理方法及软件研制

介绍了用脉冲激振进行飞行颤振试验时的数据处理方法及软件研制。讨论了数据预处理方法和时域、频域参数识别方法。证明了时域和频域方法理论上是等价的,但实际应用中,因频域方法可选频段拟合,识别结果比时域方法好。仿真计算和实际应用结果表明该方法和软件是有效的。     

基于自然激励技术的颤振边界预测

为了预测紊流激励条件下机翼的颤振边界,基于自然激励技术提取紊流响应的自由衰减信号,采用矩阵束方法识别模态参数,最后通过Z-W(Zimmerman-Weissenburger)方法计算稳定性判据,拟合判据变化曲线并外推颤振边界.对平板机翼模型进行了数值仿真分析,对单独机翼模型风洞颤振试验数据进行了计算.结果表明:采用自然激励技术与矩阵束方法能够较准确地识别紊流激励响应的模态参数,频率识别误差小于6％,阻尼比识别误差小于30％,结合Z-W方法能够在较低风速较早地预测颤振边界,有助于提高试验的安全性.     

基于时频域滤波及频域广义整体最小二乘辨识的飞机颤振模态参数辨识

提出一套适用于噪声环境的飞机颤振模态参数辨识方法.为减小噪声对辨识结果的影响,首先设计了一种针对扫频激励的时频滤波器,利用扫频信号及其响应在时频域分布较为集中的特点,有效去除噪声,提高了试验数据的信噪比.为进一步提高辨识精度,提出了一种基于随机模型的频域广义最小二乘辨识算法.将噪声条件下的系统辨识问题转化为广义整体最小二乘问题,并采用线性的广义奇异值分解求解模型系数,避免了非线性优化的复杂计算.通过优化加权项,获得了接近极大似然估计的辨识效果.最后,通过试飞试验数据验证了方法的有效性.     

使用频域极大似然法辨识飞机等效系统参数

在飞机飞行试验的数据处理过程中,采用频域方法是比较方便的。频域极大似然法则是一种有效的方法,它具有频域计算简单,同时估计又是渐进无偏和一致的优点。由于飞行试验数据是时域数据,使用这种方法需要使用FFT的方法将实测的时域数据转换成频域数据后再进行辨识。在军用飞机等效系统参数辨识过程中,取得了很好的计算结果。     

民用电传飞机颤振/ASE试飞风险控制技术

现有颤振/ASE 试飞风险控制技术相关研究不够系统全面,未充分考虑民用电传飞机试飞特点及机上试飞工程师的作用。系统地研究民用电传飞机颤振/ASE 试飞风险控制技术,包括理论评估、测试改装、试飞方法、试飞风险分析、风险降低措施和应急处置程序制定等;针对识别出的颤振/ASE 不稳定性、不良操稳特性和局部结构损坏等风险源,提出振动超限或异常时客舱试飞工程师切断激励的新技术,开发地面监控专用软件用于实时颤振/ASE 裕度定量分析;在某型号试飞中应用该技术进行颤振/ASE 试飞科目验证。结果表明：该风险控制技术能够有效降低试飞风险和成本,人工切断技术可在1 s 内中止激励保障飞机结构安全,实时分析技术可以快速准确计算稳定裕度并且提高试飞效率。     

基于CFD/CSD耦合的叶轮机叶片失速颤振计算

为了研究叶轮机叶片的失速颤振特性,发展了一种计算流体力学与计算结构力学(CFD/CSD)时域耦合方法。该方法通过每一物理时刻CFD和CSD的循环迭代实现了耦合计算。在CFD分析中,采用鲁棒性较好的空间离散格式AUSM+-UP,并基于延迟脱体涡模型(DDES)模拟了带分离流动。在结构分析中,通过模态法构建了旋转叶片动力学方程并运用杂交多步方法进行求解。以孤立转子Rotor37为例,计算了不同工况下流场总体与细节参数,与实验结果的对比验证了CFD算法的精度。对某转子叶片进行了颤振特性研究,计算所得的广义位移时间响应曲线表明该叶片在近失速工况下会发生失速颤振,其表现形式为一阶弯曲模态发散且各阶模态之间不耦合。分析表明,流场不稳定和非定常效应是引起失速颤振的关键因素,同时折合频率的降低也会导致原本气动弹性稳定的叶片发生失速颤振。     

Match Point Solution for Robust Flutter Analysis in Constant-Mach Prediction

This paper presents a method for robust flutter computation which uses flight altitude as the perturbation variable in order to obtain a match point solution. The air density and sound speed of standard atmosphere model are approximated as the polynomial function of altitude, such that the flight altitude becomes the single perturbation variable that describes the aeroelastic system. The uncertainties of generalized stiffness and damping are considered and the uncertain aeroelastic system can be formulated as linear fractional transformation （LFT） representation which is suitable for/.t analysis framework. Finally, the match point solutions of robust flutter margins can be computed with structured singular value （SSV） theory. The robust flutter analysis method provided in this paper is suitable for constant-Mach flight flutter test and provides valuable reference for flight envelope expansion.     

基于谐波平衡法和 V-g 法的高效颤振预测分析

提出了一种高效的颤振预测分析方法,将之应用于跨声速颤振边界分析及结构参数影响研究中。本方法基于频域颤振分析 V-g 方法,为气弹系统提供一定的人工阻尼使之保持简谐运动状态,从而将结构动力学方程转换到频域内。然后通过高效的谐波平衡法得到一系列简谐运动频率下的气动力描述函数矩阵,结合频域结构方程,将气弹系统的稳定性问题转化为广义特征值求解。结果表明：本方法计算得到的颤振边界与高精度的时间推进方法非常吻合,分析效率有了明显的提升,而且当结构参数发生变化后,只需进行若干次广义特征值求解即可得到新的颤振边界,无需像时间推进方法一样开展大量的气动/结构耦合数值模拟。