航空发动机转子振动的“热模态”和减振设计

为适应航空发动机变转速变工况下转子动力学设计,提出了航空发动机转子"热模态"的概念.利用两种模型解释了"热模态"的含义,并建立了"热模态"下转子动力学设计的方法.利用支承弹性转子(弹支转子)的临界转速与支承刚性转子(刚支转子)的临界转速之比作为优化参数,对转子进行优化设计,既包含了刚度的作用,也计及了质量的影响.结果表明:若所有"热模态"均在刚支转子的第1阶模态之下,则转子临界转速应尽量小于刚支转子的第1阶临界转速.若第1阶"热模态"在刚支转子第1阶模态之下,而第2阶"热模态"在刚支转子第1阶模态之上,但在刚支转子第2阶模态之下,则转子第2阶临界转速应取刚支转子第2阶临界转速和刚支转子第1阶临界转速之方均根值.除此之外,转子剩余不平衡量的分布应与刚支转子的模态正交.      

实现刚体姿态系统干扰近似解耦的控制器

采用四元数法描述了刚体姿态系统。根据非线性系统干扰近似解耦问题有解的充分条件，考虑到刚体姿态系统的串联结构，利用反推法设计了能够实现刚体姿态系统干扰近似解耦的控制器。仿真结果表明，所设计的控制器对刚体姿态系统的参数摄动具有一定的鲁棒性，对系统可能受到的干扰具有较好的抑制能力。     

飞机起落架滑行载荷识别

 在飞机滑行方向跑道路面不平度为平稳随机函数的假设下,采用滑行过程分段等速化、起落架动态特性分段线性化方法,把原非线性非平稳随机振动问题,简化为分段线性平稳随机振动问题。在频域中采用频响函数描述飞机动态特性,计及全机刚体平动和俯仰模态及结构前ｎ阶弹性模态,给出了从飞机重心处加速度观测值识别起落架接地点载荷自谱密度函数的方法。起落架当量线性参数采用迭代求解。算例表明,本方法和程序可行。     

高超声速飞行器弹性模态稳定控制方法

高超声速飞行器广泛采用升力体、乘波体等气动布局和轻质材料,导致飞行器刚体模态与弹性模态的耦合问题突出。针对该类飞行器的弹性模态稳定问题,提出了一种新的弹性模态稳定控制方法,将弹性模态视为外部干扰,以弹性模态的导数变量作为控制输出,仅通过实际可测的刚体状态参数作为反馈量来设计控制器。仿真结果表明,所设计的控制器能够保证弹性模态稳定,且控制器结构简单、阶数较低。     

Separation of target rigid body and micro-doppler effects in ISAR imaging

Micro-Doppler (m-D) effect is caused by moving parts of the radar target. It can cover rigid parts of a target and degrade the inverse synthetic aperture radar (ISAR) image. Separation of the patterns caused by stationary parts of the target from those caused by moving (rotating or vibrating) parts is the topic of this paper. Two techniques for separation of the rigid part from the rotating parts have been proposed. The first technique is based on time-frequency (TF) representation with sliding window and order statistics techniques. The first step in this technique is recognition of rigid parts in the range/cross-range plane. In the second step, reviewed TF representation and order statistics setup are employed to obtain signals caused by moving parts. The second technique can be applied in the case of very emphatic m-D effect. In the first step the rotating parts are recognized, based on the inverse Radon transform (RT). After masking these patterns, a radar image with the rigid body reflection can be obtained. The proposed methods are illustrated by examples     

Estimation of 3D angular motion using gyroscopes and linear accelerometers

The authors present a novel, real-time angular motion estimation technique using a linear Gaussian estimator, and the outputs of linear accelerometers and gyroscopes, to assess the actual angular velocity of a rigid body in three-dimensional (3D) space. The method obtains the covariances of the random actual 3D angular velocity, the angular velocity measurement, and the measurement noise from the time averages of the outputs of an array of nine linear accelerometers and the outputs of three orthogonal gyroscopes. These statistics are used by the estimator to calculate the angular velocity of the rigid body in 3D space. The multisensor technique performance is evaluated through a computer simulation. Results indicate that the method leads to more accurate angular velocity values than are obtained conventionally.<>     

应变振型转换为加速度振型的方法

本文介绍一种新的动力学试验方法：通过应变响应测试计算结构的加速度振型。根据试验结果寻找到的应变振型与加速率振型之间的相互关系，将测量得到的应变振型转化为加速度振型。本文通过对悬臂板梁结构应用该技术测量所得到的一些试验结果进行分析，计算结构验证了该方法的实用性。     

利用最简摄动——最优拟合法修正动力分析模型

本文将文献[1,2]的方法推广到非完备测量模态的情况,并叙述了修正模型的唯一性和完备性。同时,本文方法在一定程度上保持了文献[1,2]方法的简单性特点,所以便于实时分析。     

全模颤振双索悬挂系统刚体模态频率研究

研究绳系结构和绳索预紧力对全模颤振双索悬挂系统刚体模态频率的影响。首先，基于绳索并联机构理论，对双索悬挂系统进行静力学建模，引入加权矩阵，推导了双索悬挂系统静刚度模型；其次，建立双索悬挂系统无阻尼振荡方程，分析双索悬挂系统刚体模态频率变化规律；进而，搭建了双索悬挂系统地面样机，开展系统模态频率测试试验，研究系统刚体模态频率的影响因素及其变化规律；最后，参考试验结果修正所建数学模型。结果表明，随着绳索预紧力的增加，系统刚体模态频率呈上升趋势，但各阶刚体模态的固有频率上升速率不同，平动模态的固有频率受绳索预紧力影响比转动模态小得多；在转动模态方面，滚转模态的固有频率最大且上升快；在平动模态方面，升沉模态的固有频率大于横侧滑模态的固有频率；双索经过的机身前后滑轮与飞机模型质心之间的相对位置变化会不同程度地影响支撑系统俯仰模态、偏航模态的固有频率，但几乎不影响其滚转模态的固有频率。研究发现，通过控制悬挂绳索预紧力的大小，合理设计机身上的滑轮安装位置，能够有效降低双索悬挂系统刚体模态频率。研究结果对于优化设计全模颤振双索悬挂系统具有指导意义。     

基于Kane方法的直升机-柔性绳索-吊挂系统动力学建模

完成了基于Kane方法的直升机-柔性绳索-吊挂系统的动力学建模.通过运动学描述,将系统分为直升机本体、吊挂绳索和吊挂载荷三部分.直升机本体为六自由度刚体;吊挂绳索模拟为集中质点模型,质点间用弹簧连接;吊挂载荷模拟为三自由度质点.考虑重力、气动力和弹性力的影响,建立直升机-吊挂系统的Kane动力学方程.针对直升机本体和考虑吊挂绳索柔性的直升机-柔性绳索-吊挂系统这两种模型,计算了它们在不同前飞速度下的配平状态,分析了其运动模态并进行对比.仿真结果表明:外吊挂引入后,直升机需要额外的总距操纵;考虑吊挂绳索柔性后,直升机长周期运动的收敛/发散速度变慢;Kane方法适用于直升机-柔性绳索-吊挂系统的动力学建模,方程整齐简洁,编程求解方便.      

弹性飞机纵向稳定性分析

本文讨论弹性飞机的纵向稳定性问题。包括带与不带飞行控制系统两种情况。文中通过算例,分析讨论弹性飞机的总体运动模态和弹性运动振型之间的藕合以及弹性飞机本身和飞行控制系统之间的耦合。分析与计算表明,带有飞行的控制系统的飞机,其结构弹性变形运动对纵向稳定性的影响,即使对于算例中的“小”飞机,也是不可忽视的。飞机的弹性影响,不但会降低飞机的飞行品质,有时还会引起飞机与系统之间的耦合不稳定。     

空间多刚体系统编队及姿态的协同综合控制

针对由多个非线性系统组成的多子系统的协同控制问题,给出了一种基于输出反馈的协同控制律的设计方法,并将其应用于空间多个刚体的编队控制和姿态的协同控制系统中,给出了空间多刚体系统编队控制及姿态协同控制问题有解的充分条件,设计了多刚体编队及姿态稳定的协同综合控制律。仿真结果表明,这种控制方法是有效的、可行的,所设计的控制器能够使整个刚体系统在空间运行过程中保持一定的队形,并且同时稳定控制描述各个刚体系统姿态的四元数。     

叶轮机械颤振稳定性的工程预测方法

通过求解雷诺平均N-S方程并采用影响系数法,对三个基本正交模态的三维振荡涡轮叶片绕流问题进行了研究。结果表明数值模拟所得非定常气动力与实验吻合较好;基于刚体运动假设和模态叠加法,得到了可用于叶轮机械设计阶段颤振稳定性评估的稳定性参数图/气动阻尼图,即所有可能的刚体运动及其相应气动阻尼的关系图;通过对稳定性参数图/气动阻尼图的分析表明,在一定情况下振型对颤振稳定性有重要影响,应将其作为颤振稳定性设计的重要参数之一。     

大柔性飞机着陆撞击多质量块等效模型

考虑飞机结构振动刚性模态和前n阶弹性模态,将飞机机体等效地转化为多质量块等效模型,给出了等效系统力学参量的计算方法,为计及机体振动影响的起落架落震试验设计,通过试验检验或确定起落架着陆载荷、功量等提供模型依据,同时也为起落架设计分析、设计计算提供了简明的等效系统。还给出了大柔性飞机着陆功量、机翼位移、剪力、弯矩计算公式。算例结果表明大柔性飞机的起落架设计有必要考虑机体结构弹性,并从全局出发,采用特殊的构造措施和优化设计技术。     

钝体涡激力参数的识别

涡激振是柔性结构易发生的气动弹性现象。本文通过风洞试验，研究了均匀流场中弹性支承的二维刚性模型的强激力，提出了一种识别涡激力模型中未知参数的方法。用本文的方法，进行了三种钝体模型的风洞试验。     

关于起落架收放中转轴及转动的确定

 本文对用解析法确定起落架收放中转轴及转动的问题,进行一些探讨,除提出如何利用刚体绕斜轴的转动矩阵进行求解外,还对转轴和转角的某些求法进行补充。文中附有一飞机起落架收放算例。本文内容也可用于航空、航天器中一些天线、传感器等的收放设计。     

On state estimation for an orbiting single tether system

The effects of instrumentation accuracy and configuration on estimation error are studied for the small expandable-tether deployment system (SEDS) using a continuous-discrete extended Kalman filter (CDEKF) state estimator. A twelfth order model that incorporates the rigid body modes of the tether as well as the satellite attitude dynamics is developed. Simulation results using the model and the estimator indicate that the originally planned instrumentation package could not estimate the state vector adequately. Recommendations are made and results presented that reduce the estimation error by adding instruments and increasing selected measurement accuracies     

刚体元在有限分析中的特殊应用

本文论述了刚体元在有限元分析中作为传力结构的特殊用法,并针对其使用时出现的问题一一作了详细分析。最后,探讨了刚体元在模型简化中的应用。     

Detumbling and reorientation maneuvers and stabilization of NASASCOLE system

The questions of rotational maneuver and vibration stabilization of the NASA Spacecraft Control Laboratory Experiment (SCOLE) system is considered. The mathematical model of the SCOLE system includes the rigid body dynamics as well as the elastic dynamics representing transverse and torsional deformations of the elastic beam connecting the orbiter and end body (reflector). For the rotational maneuver, a new control law (orbiter control law) is derived using an orbiter input torque vector. Detumbling and reorientation maneuvers of the SCOLE system are accomplished using this control law; however, this excites the elastic modes of the beam. The orbiter control law asymptotically linearizes the flexible dynamics. Using the linearized model, a linear feedback control law is designed for vibration suppression. An observer is designed for estimating the state variables using sensor outputs which are also used for the synthesis of the control law. Simulation results are presented to show that in the closed-loop system detumbling and reorientation maneuvers can be accomplished and the effect of control and observation spillover is insignificant     

用微元法建立单刚体动力学的虚加速度原理和虚力原理

本文首先从刚体动力学方程出发,利用变积法推得其虚加速度原理和虚力原理,然后用微元法思想由质点系动力学的虚加速度原理、虚力原理推得刚体动力学的虚加速度原理与虚力原理,并对两种方法本身进行了比较。由于本文的推导方法是从连续介质力学的观点进行的,故这种方法对进一步建立单柔体、多柔体动力学的虚加速度原理和虚力原理具有重要应用价值,进而对现在热点之一的柔性飞行器动力学的研究有潜在的意义。