“天宫一号”目标飞行器结构模态试验方法

“天宫一号”目标飞行器结构初样模态试验的激励方式、模态参数的识别方法及试验结果的评估等都有其独到的地方。多点激励模态试验的关键在于激励位置的选择及考核输入激励力的相关性,识别耦合紧密的模态结果重点在于参数识别算法。文章从模态试验原理出发,对多点激励在“天宫一号”目标飞行器结构初样模态试验中的应用及耦合紧密的模态试验结果的识别方法进行了探讨和分析。     

基于PolyMAX法的飞行器工作模态分析技术与应用

飞行器在大气中飞行时经历严酷的力热环境,结构动力学问题显著,而模态特性是分析这些问题的重要输入。传统地面模态试验很难准确模拟飞行环境,而工作模态分析技术能够得到飞行器实际飞行中的模态参数。文章首先简要介绍了工作模态分析技术的背景和发展现状,说明了PolyMAX法的基本原理,然后对飞行器飞行试验测量数据进行了处理和分析,采用PolyMAX法成功识别出该飞行器的模态参数,并进行了模态验证。     

考虑声场空间相关的结构声振响应预示方法

文章研究利用有限元法进行声振响应预示时完整考虑空间相关的声场载荷施加方法,并基于MSC.Nastran软件进行算法研究及二次开发,编制形成软件并预示航天飞行器噪声试验声振响应;预示数据与试验数据的对比结果验证了该方法的有效性。该方法解决了传统中高频响应预示方法不能给出局部结构振动响应的问题,为航天飞行器力学环境预示提供了一种新途径。     

细长型飞行器双台随机振动试验虚拟试验技术研究

用虚拟激励法、逆虚拟激励法和模态叠加法,建立了方阵控制下的细长型飞行器双台随机振动试验的虚拟仿真程序。对某细长型飞行器双台随机振动试验的试验值与仿真结果进行了比较,试验结果与计算值能较好吻合,验证了计算方法及仿真程序的正确性。在仿真程序中添加循环比较算法,计算出激振位置与控制测点位置最优的组合方案,使试件各部位的振动加速度响应谱型与参考谱型更接近,实现了试验方案优化。     

200 kN振动台动圈建模与仿真分析

文章利用Solidworks软件及Cosmosworks软件针对200 kN振动台动圈进行了建模和有限元模态分析,通过模态试验对模型进行了修正,并以修正后的模型为基础进行了动态响应仿真分析,得到了传递函数和响应曲线,计算出1 g加速度控制条件下的驱动力谱,并运用该力谱模拟了正弦扫频试验,得到的控制点响应曲线与实际情况较为吻合。     

子空间跟踪算法在热模态问题中的应用研究

总结子空间跟踪算法识别模态参数的一般步骤。对一个有理论参考解的时变两自由度系统进行仿真,利用添加不同量级噪声的响应数据对系统进行辨识。辨识结果表明:基于新信息准则的子空间跟踪算法拥有较好的抗噪能力。对飞行器舵面结构进行受控快速加热,辨识快速升温过程中的模态参数。辨识结果表明:子空间跟踪算法可用于热模态辨识,有一定的工程应用价值。     

基于正弦振动试验的航天器结构模态参数识别

文章基于正弦数据的特点,主要针对稳态正弦扫描时,扫描频率分布不均匀的情况研究了一种新的数据改进方法,即将所有频率的响应信息叠加在一起,对它重新采样得到新的时域数据。并利用该方法对某型号卫星进行模态参数识别,与模态试验相比,结果比较理想,从而实现了利用正弦振动试验的数据提取模态参数的目的。     

基于随机振动试验的模态参数辨识

文章介绍了利用随机振动的试验数据进行模态参数辨识的方法。先从理论上证明了从响应数据推导出的传递特性函数可以代替传统的传递函数求出脉冲响应函数,从而直接利用最小二乘复指数法进行模态参数辨识;然后以桁架结构为例,通过随机振动试验数据求得模态参数,并与模态试验的结果相比较,证明该方法的可行性。     

基于部分遥测数据的飞行器力学环境评估方法

对一种基于利用部分测点的遥测数据预示飞行器关键部位力学环境响应的方法进行了研究。建立了分析模型,能适应测点数小于结构模态阶数的工况。数值仿真结果表明:该法能重构飞行器结构的时域响应,可用于评估飞行器结构的力学环境,具一定的工程意义。     

利用反作用飞轮抑制太阳电池阵振动的原理和方法研究

以太阳能电池阵为例,针对空间飞行器柔性附件的振动抑制问题,提出利用飞轮变速产生的反作用力矩对柔性附件施加人工阻尼,实现加快振动衰减、降低振动响应的方法。在由模态坐标表示的太阳能电池阵振动模型的基础上,根据可测的电池阵根部弯矩建立并确定反作用飞轮旋转速度的振动控制策略,阐述其力学机理。该控制律关系简单,原理清晰。仿真验证具有实际尺寸结构的有限元模型,结果表明:采用约占电池阵质量2%的飞轮作动器可使振动衰减时间缩短2/3。     

带鸭翼的弹性高超声速飞行器非线性控制

高超声速飞行器纵向静不稳定、非最小相位和突出的弹性效应等特性给飞行器控制系统设计带来严峻挑战。针对该问题,文中采取鸭翼作为附加俯仰控制舵面与升降舵进行联动控制的策略,以改善高超声速飞行器的非最小相位特性和严重的弹性效应,从而达到提高控制性能的目的。首先,给出了考虑弹性模态的高超声速飞行器动力学模型;其次,研究了鸭翼对飞行器非最小相位特性以及弹性模态响应的影响,并给出合适的鸭翼布局位置和鸭翼/升降舵联动增益参数;最后,采用基于反馈线性化方法和LQR理论的非线性控制器对弹性飞行器进行控制,对比分析了鸭翼联动控制对闭环控制性能的改善作用。研究结果表明,合理的鸭翼配置可以缓解系统的非最小相位特性带来的不利影响,同时避免了控制输入对特定弹性模态的激励,从而达到提高弹性高超声速飞行器控制性能的目的。     

气动加热与热响应耦合分析及试验研究

文章介绍了Ma（马赫数）＜6的飞行器典型部位的气动加热与热响应耦合分析及试验验证技术。气动加热计算模块采用的是工程算法,同时将其集成到自主开发的结构有限元三维温度场计算ASTSA软件平台上,实现了气动加热与热响应耦合分析功能。在结构地面热试验方面,成功研发了全方程热流密度PLC控制热模拟试验系统,并利用该系统进行了高速飞行器结构气动加热与热响应耦合地面模拟试验。试验与数值分析的结果对比显示,二者吻合较好,验证了本数值分析方法的正确性。     

返回舱动稳定特性风洞试验的影响参数

再入飞行器需要大阻力减速而采取钝锥外形,这种气动布局外形的飞行器动稳定风洞试验结果易受到质心位置、尾迹干扰和极限环运动等因素的影响。通过风洞试验研究了不同质心位置、不同支撑方式下尾迹干扰对返回舱配平角和动稳定性的影响,以及不同稳定模态下,试验方法对试验结果的影响。指出了在动稳定风洞试验中必须精确模拟返回舱质心位置,在大攻角状态下采取弯支杆支撑方式减少尾迹干扰,并针对极限环运动,采取轴承一滑块大振幅自由振动试验,才能得到正确的返回舱动稳定特性。     

利用航天器分舱段振动试验数据获取整器响应的方法

未来大型组合体航天器振动试验可能难以在现有设备上进行,需要进行分舱考核。文章针对此问题开展了利用分舱段振动试验获取整器响应的方法研究。提出的方法为:根据不同界面下模态的映射关系,利用单舱段的振动试验数据辨识出舱段的两端固支模态;采用模态综合技术计算出整器组合体模态参数,拟合出结构的加速度响应传递函数;结合整器的加速度试验条件可以给出整器的试验响应曲线。仿真验证结果表明该方法合理可行,具有工程应用价值。     

应用经验模态分解的箱型结构裂纹诊断方法

为获得航天器结构的更多故障信息,文章提出了一种应用经验模态分解对一个两层箱型结构进行裂纹故障诊断的方法。先对该结构进行有限元建模和模态分析,发现结构有无故障均对模态的影响非常小;再对实际结构进行正弦振动试验,对振动响应信号进行经验模态分解,利用固有模态函数构造标识向量,提取用标识向量间的标识夹角作为诊断结构故障的指标。分析结果表明,结合施加给结构的主振方向,利用标识夹角能识别出裂纹的位置和方向。该方法为航天器结构故障的诊断提供了一种新的思路。     

大型可展收支撑臂模态试验研究

大型可展收支撑臂具有低频、振动响应非线性的特性,文章对其模态试验进行了详细研究。通过有限元模型分析得到响应点和激励点的位置,采用不同的试验方法实施支撑臂的模态试验,对试验数据进行分析,得到支撑臂前6阶模态的固有频率、模态阻尼和模态振型。结合有限元方法对试验进行对比分析,表明试验结果可靠。该研究成果对太阳翼、展开天线等大型部件的模态试验也具有一定借鉴意义。     

含无序量测的多传感器目标跟踪滤波算法

由于通信链路的随机时间延迟和星上传感器测量的预处理时间的不同等因素,导致在目标飞行器的测量中产生无序量测现象。为解决该问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的前向预测多步滞后无序量测处理算法。该算法首先采用扩展卡尔曼滤波算法估算出目标飞行器的状态方程和协方差方程,然后在滤波过程中利用前向滤波更新的方法,将协方差方程更新结果去相关后,累积到当前协方差方程滤波结果中,从而有效解决了目标飞行器测量中的无序量测问题。最后,将该算法与扩展卡尔曼滤波算法、丢弃算法进行了对比仿真。仿真结果表明,采用该算法处理目标飞行器的位置和飞行速度,得到的测量误差较小,在整个观测时间内,测量误差的收敛性较好,能够实现对目标飞行器的精确测量和跟踪。     

基于ITD和STD的液体火箭发动机模态参数辨识方法

在液体火箭发动机模态参数辨识领域,频域法仍是模态分析的主流方法,但该方法存在诸如功率泄露、频率混叠和离线分析等不足。本研究将基于时域识别的ITD法和STD法应用到液体火箭发动机模态参数辨识领域。由于这两种算法的基础是线性系统,利用Hilbert变换的方法,验证该发动机具有线性系统特征。与频域法对比的结果表明,该方法具有较高识别精度,且只使用实测响应信号,使用设备简单,因而可以在线分析,为发动机在工作环境下的参数识别奠定了基础。     

基于多测点数据的火箭飞行模态参数识别方法

目前基于多个测点数据的火箭飞行模态参数识别,一般是通过每个测点数据单独处理的方式来进行的,在工程应用中可能存在识别精度不足、计算量偏大的问题。针对该问题,提出了整体ARMA模型时序分析法,同时采用全部测点测试数据,对火箭的飞行过程中的固有频率和阻尼比进行了计算和识别。通过某火箭飞行试验实测的3个测点的振动数据,经过重采样、滤波、互相关等处理后,采用以上方法,整体计算并识别了火箭结构横向模态参数并进行了分析。结果表明,该方法能够辨识出火箭结构的横向模态参数,而且相较传统方法可有效减小计算量,且具有每阶模态对应的固有频率和阻尼比唯一的特点。     

光致伸缩作动器对开口球壳的主动振动控制

基于电压源模型,推导出薄膜式光致伸缩作动器应变与光强的本构关系。建立光电层合球壳系统动力学方程及模态控制方程。利用规格化后的模态控制因子对球壳子午线方向及圆周方向的薄膜与弯矩效应进行评价,不同位置下的模态控制因子为作动器布局优化提供了依据。将LQR控制算法与光源激励策略相结合,确定光电层合球壳系统的主动控制策略。进行主动振动控制仿真,得到球壳位移及控制光强响应曲线。仿真结果表明,在较低能量的控制光强下,光致伸缩作动器可实现对球壳的主动振动控制,且振动抑制效果明显。