基于测力和测压试验的气动导纳识别结果比较

气动导纳是大跨度桥梁抖振分析的重要参数,通常通过格栅湍流场测力或测压风洞试验进行识别。然而,测力试验中天平和节段模型系统的固有振动和测压试验中测压管路系统的频响效应都会对气动导纳的识别结果产生影响。本文通过格栅湍流场测力和测压试验、采用抖振力自谱和抖振力脉动风交叉谱综合残量最小二乘法识别了准平板断面的气动导纳,其中,在基于测力试验的气动导纳识别中考虑了模型抖振力跨向不完全相关效应的影响,在基于测压试验的气动导纳识别中考虑了按Bergh-Tij deman理论公式修正或者不修正测压管路系统频响特性影响的2种情况。在此基础上,通过考察气动导纳实验识别结果之间的差别及其与平板断面气动导纳理论解Sears函数之间的差别,研究了天平模型系统固有振动以及测压管路系统频响效应对识别结果的影响。结果表明:天平模型系统的共振会显著放大气动导纳的识别结果;而由于测压管路的固有频率一般要显著高于天平模型系统的固有频率,因此,与基于测力试验得到的气动导纳相比,基于测压试验所得气动导纳总体上更加合理,可用导纳的折算频率范围更广。此外,在一般大跨度桥梁抖振分析所关心的折算频率范围内,考虑测压管路频响特性修正后,气动导纳有一定降低。     

考虑模型抖振力跨向不完全相关性效应的气动导纳识别

首先通过考虑节段模型上抖振力跨向不完全相关性效应推导了节段模型风洞试验中作用在模型断面上的分布抖振力谱和由底支式天平测到的模型总抖振力谱之间的关系。然后,以准平板断面为例,进行了格栅湍流场节段模型的测力和同步测压试验,获得了模型总抖振力谱以及模型抖振力跨向相关性函数。接着,采用等效导纳法以及抖振力自谱和抖振力脉动风速交叉谱综合残量最小二乘法分别识别了准平板节段模型等效气动导纳和六分量气动导纳,讨论了模型抖振力跨向不完全相关性效应对气动导纳识别结果的影响,并把识别得到的准平板断面气动导纳与平板断面气动导纳的理论结果---Sears 函数进行了比较。结果表明:忽略抖振力跨向不完全相关性效应(即假设节段模型分布抖振力沿跨向完全相关)而直接采用平均抖振力作为断面上分布抖振力的传统方法会导致气动导纳识别结果偏小,并且,其偏小程度会随着频率的增加而增加;此外,相对于抖振升力和扭矩相关的气动导纳分量而言,由于抖振阻力的跨向相关性比抖振升力和扭矩的跨向相关性显得更弱,因此抖振力跨向不完全相关性效应对阻力相关气动导纳分量识别结果的影响更大;利用识别得到的六分量气动导纳反算的作用在模型上的分布抖振力谱与试验中实测结果非常接近,经抖振力跨向不完全相关性效应修正后的竖向脉动风速对应的升力和扭矩气动导纳分量的识别结果与Sears函数也比较接近,从而验证了用于六分量气动导纳识别的自谱-交叉谱综合最小二乘法的可靠性。     

压电阻抗技术在焊缝裂纹监测中的应用

采用多片压电元件(PZT)粘贴在焊接铝板结构表面,用阻抗分析仪测量PZT导纳信息,研究激励频率对PZT导纳值的影响以及不同位置PZT传感器对裂纹感知的灵敏性.构建人工神经网络,对焊缝结构的缺陷进行定位.实验结果表明:PZT传感器的导纳谱能灵敏地反映结构状态的微小变化;且不同位置PZT对裂纹感知的灵敏度不同;对于同一PZT,激励频率不同,其阻抗变化量不同;提取导纳信息中表征结构健康状况的特征量作为神经网络的输入向量,训练后的神经网络可以迅速并准确地实现焊缝结构损伤的监测和定位.     

基于压电阻抗技术和BP网络的结构健康监测

以装有多个螺栓和多片压电元件(PZT)的铝梁为实验对象,研究激励频率对PZT导纳值的影响以及PZT传感器感知较近螺栓松动与较远螺栓松动的灵敏性.构建BP网络,以各个螺栓分别松动时所测得的所有压电元件的导纳值作为网络的模式样本,输入到神经网络进行训练.实验结果表明:PZT传感器的导纳谱能灵敏地反映结构状态的微小变化;且离松动螺栓近的PZT导纳谱的变化远大于离松动螺栓远的PZT的导纳谱的变化;对于同一PZT传感器,激励频率不同,其阻抗变化量不同;选取PZT阻抗值变化明显的频率点来构成神经网络输入向量,训练后的BP神经网络能够快速并精确地判断出松动的螺栓位置.     

带通FSS结构的插入相位延迟特性

基于互导纳法研究实心半波壁频率选择表面(Frequency selective surface,FSS)的插入相位延迟(Insertion phase delay,IPD)特性,考察FSS结构的IPD与加载介质的IPD之间的关系,分析了介质厚度、极化状态等因素的影响,重点关注交叉极化状态,考察极化角及入射角变化时的去极化效应.结果表明,解决带通FSS结构交叉极化问题的方法是保证TE和TM两种主极化状态下谐振频率的一致性,从而减小两种极化状态的IPD之差.     

单自由度系统的机械阻抗与导纳

机械阻抗定义为作用在系统上的驱动力与系统所产生的运动之复数比。如果运动用位移、速度和加速度表示,则其比分别称为位移阻抗、速度阻抗和加速度阻抗。机械阻抗的倒数称为机械导纳,对应以上三种情况分别有位移导纳、速度导纳和加速度导纳。阻抗和导纳是频率的复函数。     

V尾伺服弹性试验失稳定位方法研究

准确获取飞行器结构动力学特性及气动伺服弹性稳定裕度,是飞行器首飞成功的关键。针对某飞机在伺服弹性地面试验时发生结构与控制系统耦合问题进行了研究,提出了一种获取飞行器的失稳频率和振型的方法。利用加速度传感器采集结构的振动响应,采用随机子空间模态参数辨识方法分析获得飞机伺服弹性地面试验失稳时V尾振动频率和振型,为控制系统修改设计提供方向及气动伺服弹性理论模型修正提供数据。     

从测量的速度导纳识别振动系统的模态参数

根据速度导纳的固有特点,作者首先提出了拟合实测的速度导纳数据来识别模态参数的方法。几个数字例子和实验结果表明: 1) 能精确地获得离散系统的模态参数,也能获得较好精度的连续系统的模态参数; 2) 不仅能应用于比例阻尼系统,而且亦能应用于非比例阻尼系统; 3) 特别适合于模态十分密集的情况,如两个相邻模态阻尼比十分接近且频率分离比(f_(r+1—f_r)/f_r 0.001的条件下,也能获得较满意的结果。 在所研究的频率范围内,实测的和识别的速度导纳都表示在同一复平面内(速度导纳图),以便比较。 本文还引用了无量纲频率,致使此方法适用的频率范围扩充到20KHz以上。     

直升机玻璃钢尾桨复模量的确定

本文介绍了利用有限元的理论计算与机械阻抗测试技术相结合的方法,确定直升机玻璃钢尾桨的动态弯曲弹性模量E及E随频率和温度的变化关系。这些数据是目前直升机尾桨设计必不可少的原始参数。还介绍了利用测量得到的加速度导纳谱图确定模态阻尼系数η的方法。     

活塞式合成射流技术及其应用研究

设计了活塞式合成射流激励器,研究了合成射流特性及其影响因素,并在高速风洞中开展了合成射流应用于空腔流场气动噪声抑制的试验研究。研究结果表明:合成射流激励器设计合理,能够得到较高速度的射流,正向射流速度极值约160m/s;合成射流频率与激励器激励频率一致;激励器频率、活塞行程以及射流出口形状等参数会对合成射流速度极值产生明显影响;合成射流速度对射流出口厚度变化不敏感;该方法对空腔流场气动噪声的抑制效果与马赫数关系密切,跨声速条件下,采用该方法进行流动控制能够改善空腔流场的气动声学环境,而超声速时该流动控制方法基本失效。     

大气边界层风速竖向相干函数实验研究

采用尖劈、格栅和粗糙元组合的被动湍流发生装置在TJ-2风洞中模拟了大气边界层流场,测量了模拟流场的平均风速剖面,湍流度剖面,湍流积分尺度和脉动风速功率谱等风场特性参数,重点分析了风速的竖向空间相干曲线.针对风速竖向空间相干曲线存在低频"掉头"的现象,给出了修正的指数衰减函数来进行拟合,完善了用传统的简化指数衰减函数来进行拟合时在低频处的不足,结果表明:笔者给出的风速竖向空间相干函数拟合效果更好.     

矩形长宽比对射流中心线湍流特性的影响

采用热线风速仪技术,测量了在出口雷诺数15,000条件下的不同长宽比（AR=1~15）矩形射流中心线速度场。主要分析了矩形射流中心线上平均速度、频谱、湍流尺度等变化规律。结果表明:随着长宽比的增加,射流的脉动速度和湍流度在出口之后会显著增强,反映了卷吸周围流体能力显著增强。随着射流向下游发展（x/D_e>30）,不同长宽比的矩形射流湍流能谱、概率密度函数、湍流尺度等统计量逐渐趋近于圆形射流规律,这是由于射流演化遵循动量向周围流体更高效传递的原理。     

基于空间相关函数的二维紊流场数值生成法

大气紊流是复杂的扰动形式,影响飞行品质、飞行安全。对于复杂的飞行任务,有必要生成二维紊流场模型,从而更准确地反映扰动情况。传统方法是以时间频谱为基础,利用谱分解定理得到所需的成形滤波器结构,进而生成紊流递归模型。这种方法需要经过对模型进行简化,以便利用谱分解定理,使仿真模型的统计特性受到影响;另外,从理论上讲,传统方法只能生成一维大气紊流递归模型。本文直接从空间相关函数入手,提出建立离散自递归模型的新方法,给出了二维紊流场的递归模型     

应用LDV对压水反应堆棒束间流场的研究

在50年代,对于反应堆棒束周围的速度分布与湍流强度分布就有人进行过试验研究,但几乎所有的人都是借助于传统的探头,其探头对流场往往会造成剧烈的扰动。本文介绍了用作者研制成的具有高分辨率的偏振差动式激光测速仪(简称 PLDV)测量压水热核反应堆中棒束间的平均速度场分布、湍流强度、自相关函数和功率谱的试验研究,初步结果表明,在平行于棒束轴向棒束间流动参数,其测量结果是准确、合理的,测量系统可靠,其试验方法也是正确的。     

跨声速压气机实验系统Helmholtz频率的影响因素及估算方法研究

针对压气机实验系统 Helmholtz共振频率的研究对于建设压气机试验系统及研究压气机流动不稳定现象均有重要意义。以北京航空航天大学跨声速压气机试验系统为背景,通过拆除该压气机试验系统的稳压箱、格栅等部件以及更改该试验系统的几何尺寸,分析该型压气机试验系统 Helmholtz 共振频率的影响因素;同时引入了Duct-Compressor-Plenum模型理论,对该压气机试验系统进行相应的模化,并对其系统 Helmholtz 共振频率进行相应估算。结果表明:在该类型的跨声速压气机试验系统中,压气机前端的稳压箱及稳压箱之前部分主要作用是为整个试验系统提供均匀的进气环境,而对系统 Helmholtz 共振频率不产生任何影响。因此,在跨声速压气机试验系统Duct-Compressor-Plenum模型模化过程中,不应将稳压箱及其之前部件进行模化。     

边界层风洞主动模拟装置的研制及实验研究

研制可控振动尖劈在风洞中模拟湍流边界层,寻找一种简易可行的运动控制结构和方法,试验结果证明了尖劈的低频机械振动增强了相应频率的湍流能量,增大了湍流积分长度.     

低矮建筑标模风荷载的主动湍流模拟试验研究

采用主动与被动湍流相结合的方法,在阵风风洞中模拟了不同湍流强度和湍流积分尺度的流场,开展了1:50低矮建筑标准模型测压试验研究。针对气流分离再附流动作用下的屋面中轴线区域和锥形涡作用下的屋面角部边缘区域,着重分析了不同来流湍流强度和顺风向湍流积分尺度影响下的风压变化规律。研究结果表明:湍流强度对气流分离作用下的迎风屋面屋檐区域以及锥形涡作用下的屋面角部边缘区域的平均风压系数、脉动风压系数和峰值负压系数均有显著影响;而湍流积分尺度对这些区域的平均风压系数影响甚微,脉动风压系数和峰值负压系数(绝对值)随湍流积分尺度的增大而有所增大。     

噪声对边界层转捩的影响

风洞流场的噪声和湍流度是影响层流边界层转捩实验结果的两个重要因素。本文通过实验初步研究了噪声对转捩的影响，实验包括：输入声影响和风洞流场的噪声。结果表明：声频和声压在数值上都存在敏感区，风洞噪声是宽带噪声，以低频为主（至少低速风洞是如此），这对层流边界层转捩有重要作用；风洞噪声会随风速加大而增高；在稳定段用栅格改变湍流度时，实验流场的噪声会随湍流度升高而增加。     

风洞短试验段中基于被动技术的大气边界层模拟

针对西南交通大学XNJD-1风洞第一试验段的特点,采用被动模拟装置,通过多次流场校测、反复试凑,成功地在风洞中模拟了C类地表情况下的高湍流度大气边界层,实测平均风速剖面、湍流度剖面及风谱特性等与目标值较为吻合.此外,还对比讨论了平均风速和离地高度等因素对风场特性影响, 并计算了湍流积分尺度.研究表明边界层调试过程中应重点考查气流在对应结构卓越频段范围内的脉动情况,而仅将湍流度作为参考指标.     

一种基于EMD的低湍流度信号处理分析方法

采用热线风速仪在3座典型低速风洞中进行了流场湍流度测量,这3座低速风洞包括1个低湍流风洞、1个常规闭口风洞和1个开口射流风洞。针对湍流信号通常受噪声干扰的问题,在湍流度值处理中引入了经验模式分解（EMD)自适应滤波和HHT时频谱分析方法。将EMD方法与其他几种湍流度值处理方法进行了比较,包括带通滤波方法（BP)、电磁噪声解耦方法（ENC)和高通惯性衰滤波方法（HPIA)。采用EMD方法测得低湍流风洞的湍流度值,在流场速度30~100 m/s的范围内小于0.05%。采用HHT方法完成了脉动速度信号的时频分析,分析发现开口风洞试验段的脉动速度HHT时频谱有突出的低频信号。所构建的EMD自适应滤波器可以有效控制噪声对热线输出信号的影响,是一种有效的低湍流度信号处理方法。