弹性飞机平衡的阵风外载荷计算与分析

连续紊流是适航规范中阵风载荷分析必须考虑的一种阵风模型,但其引起的阵风载荷在飞机结构设计中的应用一直存在困难.在平稳随机过程的假设下,基于von Karman连续紊流功率谱模型和线性系统连续紊流响应的功率谱方法,使用载荷累加法获得外载荷形式的阵风载荷.在此基础上,通过引入载荷响应的相关性推导并建立了一种生成多组连续紊流平衡外载荷分布的方法.垂向连续紊流情况下的算例结果表明:连续紊流外载荷分布是全机平衡的.平衡的外载荷分布可通过机动飞行载荷分析中的载荷包线方法识别载荷设计情况,从而应用于飞机结构的强度分析与设计.     

功率谱平均及其估值的置信区间

信号源的相位噪声是一个随机过程,通常可用概率密度数函、自相关函数及功率谱等参量来作统计描述,其中尤以功率谱更被广泛采用。它是一个频域量度,以频谱分析仪作为测量基础。我们建立了一套双源法自动相位噪声测量系统,用HP3582A数字式频谱分析仪作为终端设备,并利用功率谱平均法来降低测量不确定度。本文着重分析这种方法所得功率谱估值的概率分布,以及在给定置信度时,置信区间与功率谱平均数的关系。     

弹性导弹的连续与离散阵风响应

导弹在空中飞行时会受到阵风的干扰,过大幅值的阵风响应可能影响结构安全 、飞行性能及攻击精度.为此,基于导弹刚体/弹性耦合运动方程和准定常气动力,建立了导 弹气动伺服弹性系统的连续与离散阵风响应分析方法.对于连续阵风,通过频率响应函数来 计算响应的功率谱密度;对于离散阵风,则在状态空间方程的基础上时间积分求得响应历程 .以某导弹为例,进行了气动伺服弹性稳定性分析、连续和离散阵风响应分析,并提出了飞 行控制系统的改进设计.数值结果表明,结构与控制之间的不利耦合可能使系统的稳定性和 阵风响应特性恶化,在控制回路中增加合适的结构陷波器可有效减小弹性模态的不利影响.      

典型阻尼结构正弦振动响应模型修正方法

直接基于正弦响应数据的模型修正研究较少,发展基于正弦振动试验数据的模型修正方法对航天工程实际中有限元建模水平的提高具有重要意义。基于正弦振动响应数据的模型修正关键在于修正后曲线特征频率及其响应幅值的一致性。文章对基础激励下结构响应分析方法进行了推导,在此基础上用两步修正方法实现了分析模型与试验模型特征频率和响应峰值的匹配,最后采用国际通用算例GARTEUR桁架模型对两步修正方法进行了验证。结果表明,经两步修正后分析模型基频与试验模型一致,且前10阶频率误差低于0.15%,典型节点响应峰值误差低于1%。     

改善航天器反作用轮扰动实验模型参数的辨识方法

反作用轮系统是影响航天器姿控系统精度的主要扰动源之一.建立反作用轮扰动模型的目的是预测扰动对航天器产生的影响,并采取相应的控制方法和隔离系统.基于反作用轮的扰动实验模型,通过对反作用轮扰动实验数据的分析,确定出反作用轮扰动实验模型中的参数:谐波数和幅值系数,并在此基础上提出了能量补偿法,最后进行了数值仿真.结果表明,谐波数的辨识精度不超过0.04%,当采用振幅谱法计算幅值系数时,误差高达15.5%;而用能量补偿法,其幅值系数的精度不超过1.1%.可见能量补偿法提高了幅值系数的辨识精度.本文研究为改善航天器姿态控制精度和稳定度奠定了一定的基础.      

含间隙非线性二元翼段的系统辨识

在实际包含间隙非线性的复杂结构中，由于间隙不易或无法测量，难以建立准确描述结构特性的动力学模型；即使间隙得到准确测量，也难以获得结构的标称线性系统的模态参数。为此，利用条件逆谱法和时域非线性子空间法，通过非线性系统辨识获得间隙非线性系数，同时获得非线性结构的标称线性系统的频响函数。以一个包含间隙非线性的二元翼段为例，通过数值方法模拟该二元翼段的地面振动试验，利用条件逆谱法和时域非线性子空间法开展该结构的非线性系统辨识。结果表明:两种方法均可准确地辨识结构的标称线性系统，条件逆谱法利用光滑函数近似，时域非线性子空间法利用多个分段线性函数重构，辨识得到间隙非线性系数。      

惯性平台在系统中多位置翻滚自标定方法

影响惯性制导导弹命中精度的主要因素是制导工具误差,而平台的测量误差是其中的主要成分.深入研究惯性平台在系统中的在线标定方法,建立了惯性平台的陀螺仪误差模型及加速度表误差模型,提出了最优多位置翻滚试验方法,通过惯性平台多位置翻滚自标定仿真试验分析了自标定精度的影响因素.仿真结果表明,该方法能有效分离各误差系数,绝大多数误差系数分离精度优于99%,从而提高了导弹的命中精度.      

共用支承-转子结构系统振动耦合特性分析

针对带有涡轮级间共用承力框架的转子系统,为准确描述转子-共用支承-转子（简称共用支承-转子结构系统）之间的振动特性,采用转子截面横向和角向振动特性耦合动力学模型,振动耦合产生机理及影响规律进行研究。理论分析结果表明:转子支点的动态响应对其他转子的支点动刚度特性及转子振动响应特性具有一定影响,共用支承结构振动响应对转子系统振动特性的计算误差超过10%,因此,在共用支承-转子结构系统的临界转速和振动响应计算分析中,需要考虑2个转子与共用支承结构的振动耦合影响。对于涡轴发动机共用支承-转子结构系统的有限元仿真计算结果表明:由于存在共用承力框架,2个转子之间将发生振动耦合,系统产生耦合振型,某一转子转速将会影响另一转子所激起的系统共振临界转速;并对共用承力框架结构的隔振特性也有影响,2个转子共同激励下振动响应与转子单独激励相比,在承力框架安装边上的动载荷以及载荷传递系数均大幅度提高。      

一种基于悬臂梁结构的动态推力测量方法

为实现星载微推进器性能评价中的动态推力测量,基于悬臂梁动力学模型,建立了测量系统的传递函数,分析了系统的输入输出特性,根据悬臂梁响应速度快（振动频率高）、动态分量在较小时间区间内接近等幅振荡（阻尼比小）以及高阶振动可视为基频振动噪声的特性,提出了求解稳态位移的末端均值法。该方法通过消除位移响应中的动态分量,得到了误差带较大时的稳态位移时变值,实现了动态推力测量。依据系统稳态位移与推力为线性关系、线性系数为系统增益值这一特性,提出了参数标定方法。搭建了试验平台,标定得到系统响应时间为156ms,通过对比扭摆系统测量结果,悬臂梁测量得到的冲击力与实际推力相对误差为4.064%,结合冲击力本身的测量误差1.383%,最终得到推力测量误差为4.293%。     

基于有限元Craig缩聚模型的基础激励和载荷识别

载荷识别是用有限自由度的加速度测量值推断外力.基础激励是在基础自由度上加给定的加速度时间历程激振结构,求整个结构的动响应.利用Craig减缩模型的性质,及界面自由度的已知运动可求出整个结构其余自由度的动力学响应,完成基础激励求解.在此基础上用已知的界面自由运动和求得的非界面自由度的动力学响应,代入结构动力学方程即可实现载荷识别.本方法唯一能给基础激励和载荷识别结果带来的偏差是Craig缩聚模型与原始有限元模型间的差异,对此用频响分析的方式,直接从频响曲线的变化来确定缩聚模型的精度.算例表明这一新的基础激励和载荷识别途径是有效的.      

超静空间科学卫星分离式主动隔振技术

针对量子科学实验、时频传递实验等项目研发的先进载荷对微振动频谱积分的特殊指标需求，研究一种分离式主动隔振技术。分离式隔振技术将卫星划分为载荷模块和服务模块，考虑两模块之间柔性连接线缆和限位弹簧，首先建立两模块的动力学模型。随后，设计基于加速度反馈的六自由度隔振控制器，考虑执行机构控制和驱动电路的电气噪音，在时域和频域仿真分析载荷模块对服务模块的振动隔离性能。仿真结果表明，主动隔振后载荷模块三轴加速度功率谱密度在05~200Hz内积分值小于2 μgn。最后，分析主动隔振控制器参数对载荷模块加速度功率谱积分指标的影响。分离式主动隔振可为我国超静科学卫星的振动隔离提供一种技术途径。     

基于谱峭度与双谱的轴承故障诊断方法

针对强背景噪声情况下的轴承故障诊断问题,提出了一种基于谱峭度与双谱的轴承故障诊断方法。该方法采用谱峭度检测振动信号瞬态频带,利用最优带通滤波器抑制振动信号中的噪声得到滤波后信号。由带通滤波器的带宽确定低频矩形区域,计算落于该区域内的信号包络的局部双谱图,依据局部双谱图诊断轴承故障。仿真分析表明,强背景噪声和滚动体滑动会造成传统轴承故障诊断方法（如峭度、功率谱、包络谱）失效,而该方法能够有效地抑制噪声,更准确地诊断轴承故障,并通过6205-2RS JEM SKF轴承诊断实例,说明了该方法的有效性。     

基于自适应反演法的导弹直/气复合制导

防空导弹要求能够应对高速、高机动性等复杂对抗环境,直接力/气动力复合制导是防空导弹制导系统设计的关键技术.主要研究了直接力/气动力复合控制导弹的控制律、操纵律以及制导律,针对非线性系统,提出了一种基于自适应反演理论的控制方法;直/气复合切换逻辑采用模糊方法;末制导段应用变结构制导律.以某防空导弹为例进行仿真,结果表明该复合制导方法易于实现,对于高机动目标具有良好的制导精度,显示了该方法的有效性.     

基于逆动力学和在线参数辨识的飞机姿态控制

传统的综合飞行/火力控制系统的设计使用了PID(Proportion-Integral-Differential)结构的飞行/火力耦合器,具有鲁棒性差、设计工作量大等缺点.提出了一种基于逆动力学和在线参数辨识的方法,用于直接设计综合控制系统中的姿态控制器.其中,对飞机的转动动力学方程,推导得到了其逆特性的解析形式;使用在线参数辨识方法,对飞机的气动特性进行估计并用于舵面分配.以六自由度非线性飞机模型为对象进行了仿真,结果表明所设计的姿态控制系统具有快速性好、通道间解耦效果明显、对气动模型误差的鲁棒性强等优点.本方法也可推广用于其他的飞行器姿态控制系统设计.     

基于偏差模型的导弹发射动力学仿真

基于偏差模型的导弹发射动力学仿真是根据偏差来源建立相应的偏差模型,将偏差力、力矩与标准状态下的受力叠加得到导弹实际受力,再进行运动状态的求解.这种基于偏差模型的仿真系统既能够单独分析各项干扰因素对发射精度的影响,还能够综合多项干扰进行数值打靶模拟分析.针对某舰载倾斜发射导弹,仿真分析了发射臂振动、推力偏心、导轨不平、舰船运动等干扰因素对初始扰动的影响,并进行了5 000次数值打靶统计分析.在给定的干扰概率分布条件下,命中概率达到93.86%.     

考虑弹体弹性的导弹半物理仿真方法与影响分析

随着对导弹速度和精度等性能要求的提高,弹性特性已成为导弹动力学分析与设计中不可忽略的因素。弹性振动将对导弹的飞行特性和控制精度产生较大的影响。因此,在对弹性体导弹进行半物理仿真时,考虑弹体弹性振动所产生的影响,有利于提高仿真的真实度。本文发展了考虑弹体弹性的导弹飞行动力学数学仿真框架,建立了弹性体导弹半物理仿真系统各环节的数学模型,实现了半物理环节动力学模型在数学仿真框架中的集成与一体化仿真,并在此基础上分析了弹性振动和仿真设备在弹性体导弹半物理仿真中的影响,数值仿真结果表明,研究结果可以为考虑弹体弹性的导弹半物理仿真提供一定的理论基础。      

直接力/气动力复合控制导弹 自适应模糊滑模控制

针对采用直接力/气动力复合控制导弹所具有的强耦合非线性等特性,提出了一种基于自适应模糊滑模控制的自动驾驶仪设计方法.该方法利用自适应模糊系统所具有的万能逼近特性,对大攻角飞行过程中导弹动力学系统存在的非线性特性进行逼近,并利用变结构控制对外界干扰的强鲁棒性,构造误差系统滑模面,克服了逼近误差和外界干扰对控制系统的影响,实现了对大机动指令的精确跟踪.仿真结果表明,所设计的控制方法对大过载指令有较好的跟踪效果,对模型不确定性和外界干扰也具有较好的鲁棒性.由于采用直接力/气动力复合控制,有效的减小了气动舵偏角,避免了气动舵的饱和.      

公路路面不平度的数值模拟方法研究

研究了一种公路路面不平度的数值模拟新方法,该方法直接对给定的公路路面不平度功率谱密度进行研究,经过一系列处理获得路面的不平度值.充分考虑了所关心的汽车固有振动频率和行驶速度影响后,利用该方法对C级公路路面进行数值模拟,模拟结果表明:利用该方法所得路面不平度的功率谱密度与给定的功率谱密度是准确一致的.