一种固体运载火箭飞行模态参数识别方法技术

一种固体运载火箭飞行模态参数识别方法，属于飞行器技术领域。本发明专利技术包括：开展基于飞行模态参数识别需求的飞行测量方案设计，确定遥测传感器安装位置、量程；开展飞行试验，获取飞行全程遥测结果，表征为全程时域数据；根据飞行段将遥测时域数据进行分割，对分段数据进行预处理；对预处理后的时域数据进行频域分析，获取每个时刻的频谱特征；对时域数据进行预处理及特征分析和曲线特性拟合，获取阻尼数据；对不同位置曲线的时域数据进行预处理及量级对比，获取振型数据；结合频谱特征、阻尼数据和振型数据，完成飞行模态参数识别。本发明专利技术解决了飞行遥测数据存在的低信噪比、幅值分辨率低、连续性差、传感器数量有限和无外激励数据的辨识问题。的辨识问题。的辨识问题。

【技术实现步骤摘要】
一种固体运载火箭飞行模态参数识别方法


[0001]本专利技术涉及一种固体运载火箭飞行模态参数识别方法，属于飞行器


技术介绍

[0002]固体运载火箭弹性参数设计通常采用地面试验+有限元仿真模型预示的方式。该种设计方式下，地面试验会引入附加工装影响，同时也无法模拟实际飞行时的箭体过载、热环境等因素对火箭弹性特性的影响。对于固体运载火箭，模态试验只能开展发动机满药和发动机空壳两种状态，中间状态则没有试验数据作为参考。同时，模态试验往往只在研制阶段开展，运载火箭有效载荷变化后，仅通过仿真分析的手段给出模态参数。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种固体运载火箭飞行模态参数识别方法，解决了飞行遥测数据存在的低信噪比、幅值分辨率低、连续性差、传感器数量有限和无外激励数据的辨识问题。
[0004]本专利技术的技术解决方案是：一种固体运载火箭飞行模态参数识别方法，包括：
[0005]开展基于飞行模态参数识别需求的飞行测量方案设计，确定遥测传感器安装位置、量程；
[0006]开展飞行试验，获取飞行全程遥测结果，表征为全程时域数据；
[0007]根据飞行段将遥测时域数据进行分割，对分段数据进行预处理；
[0008]对预处理后的时域数据进行频域分析，获取每个时刻的频谱特征；
[0009]对时域数据进行预处理及特征分析和曲线特性拟合，获取阻尼数据；
[0010]对不同位置曲线的时域数据进行预处理及量级对比，获取振型数据；
[0011]结合频谱特征、阻尼数据和振型数据，完成飞行模态参数识别。
[0012]进一步地，可识别模态参数包括频率、振型和阻尼。
[0013]进一步地，所述飞行测量方案设计包括：
[0014]1)基于频率需求的过载传感器采样频率设计：采样频率高于所需识别频率范围的两倍；
[0015]2)基于飞行振型的传感器位置安装：传感器安装在火箭首尾振型明显的位置，包括整流罩、卫星支架端部和一级尾段，避免安装在节点处；
[0016]3)基于飞行振动环境量级的传感器量程选择：根据飞行试验采集精度、飞行振动环境、弹性振动预估量级，进行传感器量程的选择；
[0017]4)保持传感器采集相位一致。
[0018]进一步地，开展飞行试验，存储遥测数据，获取完整的飞行全程时域过载曲线。
[0019]进一步地，根据火箭飞行段对全程时域数据进行切割，包括一级飞行段、二级飞行段，对切割后的时域数据分别开展预处理，包括：滤波、重采样、去趋势、去均值，去除跟模态无关的频带信息。
[0020]进一步地，对一级飞行段预处理后的时域数据进行频域分析，获取每个时刻的频谱特征；其中，频域分析针对每个秒点开展，每个秒点的频谱特性，根据采样频率选择频谱处理的数据段。
[0021]进一步地，一级飞行段时域数据完成全程频谱分析后，按照时间、频谱峰值频率1、频谱峰值频率2
……
的格式提取数据，形成一阶频率、二阶频率随时间的变化曲线，作为全程飞行的一阶、二阶模态频率识别结果。
[0022]进一步地，对一级飞行段时域数据进行预处理及特征分析和曲线特性拟合，获取各阶阻尼数据；其中，进行一阶阻尼特性识别时，根据全程一阶模态频率范围进行带通滤波，使时域曲线仅包含一阶频率特性；选择具有自由衰减特性的时间段开展，阻尼的识别公式为：
[0023][0024]式中，x1表示第一个峰值，x2表示下一个峰值；采用多峰值数据拟合的方法获取阻尼，衰减运动的峰值规律表示为：
[0025][0026]其中，A为初始振幅，ω0为圆频率，t为时间；将每个峰值进行采集后绘制曲线，并进行指数拟合，通过拟合的指数可以获取阻尼数值。
[0027]进一步地，对一级飞行段不同位置曲线的时域数据根据阶次进行带通滤波预处理后，对波峰、波腹的量级进行对比，获取沿着箭体坐标的比例关系后，对某一测点进行归一，获取振型数据。
[0028]进一步地，对各级飞行状态下的参数进行类似处理后，获取时间
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一阶频率、时间
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二阶频率、时间
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三阶频率曲线，作为飞行全程频率识别结果；获取时间
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一阶阻尼、时间
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二阶阻尼、时间
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三阶阻尼曲线，作为飞行全程阻尼识别结果；获取每个秒状态箭体坐标
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归一化振型曲线，作为振型识别结果。
[0029]本专利技术与现有技术相比的优点在于：
[0030](1)本专利技术通过飞行模态参数识别需求研究工作，，实现了飞行测量方案设计；
[0031](2)本专利技术通过对飞行遥测结果的时域分析和数据处理，，实现了飞行阻尼特性和振型识别；
[0032](3)本专利技术通过对飞行遥测结果的频域分析和数据处理，实现了飞行全程频率特性的识别。
附图说明
[0033]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0034]图1为本专利技术利用飞行遥测数据进行模态辨识的流程图；
[0035]图2为本专利技术阻尼识别示意图。
具体实施方式
[0036]为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0037]以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种固体运载火箭飞行模态参数识别方法做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1～2所示)：
[0038]开展基于飞行模态参数识别需求的飞行测量方案设计，确定遥测传感器安装位置、量程等参数；
[0039]开展飞行试验，获取飞行全程遥测结果，表征为全程时域数据；
[0040]根据飞行段将遥测时域数据进行分割，对分段数据进行预处理；
[0041]对预处理后的时域数据进行频域分析，获取每个时刻的频谱特征；
[0042]对时域数据进行预处理及特征分析和曲线特性拟合，获取阻尼数据；
[0043]对不同位置曲线的时域数据进行预处理及量级对比，获取振型数据。
[0044]结合频谱特性、阻尼特性和振型特性，完成飞行模态参数识别。
[0045]进一步，所述可识别模态参数包括频率、振型和阻尼。
[0046]在一种可能实现的方式中，所述飞行测量方案设计包括：
[0047]1)基于频率需求的过载传感器采样频率设计：采样频率应高于所需识别频率范围的两倍，以最高识别频率的2.5～3倍最佳
[0048]2)基于飞行振型的传感器位置安装：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体运载火箭飞行模态参数识别方法，其特征在于，包括：开展基于飞行模态参数识别需求的飞行测量方案设计，确定遥测传感器安装位置、量程；开展飞行试验，获取飞行全程遥测结果，表征为全程时域数据；根据飞行段将遥测时域数据进行分割，对分段数据进行预处理；对预处理后的时域数据进行频域分析，获取每个时刻的频谱特征；对时域数据进行预处理及特征分析和曲线特性拟合，获取阻尼数据；对不同位置曲线的时域数据进行预处理及量级对比，获取振型数据；结合频谱特征、阻尼数据和振型数据，完成飞行模态参数识别。2.根据权利要求1所述的一种固体运载火箭飞行模态参数识别方法，其特征在于，可识别模态参数包括频率、振型和阻尼。3.根据权利要求2所述的一种固体运载火箭飞行模态参数识别方法，其特征在于，所述飞行测量方案设计包括：1)基于频率需求的过载传感器采样频率设计：采样频率高于所需识别频率范围的两倍；2)基于飞行振型的传感器位置安装：传感器安装在火箭首尾振型明显的位置，包括整流罩、卫星支架端部和一级尾段，避免安装在节点处；3)基于飞行振动环境量级的传感器量程选择：根据飞行试验采集精度、飞行振动环境、弹性振动预估量级，进行传感器量程的选择；4)保持传感器采集相位一致。4.根据权利要求1所述的一种固体运载火箭飞行模态参数识别方法，其特征在于，开展飞行试验，存储遥测数据，获取完整的飞行全程时域过载曲线。5.根据权利要求1所述的一种固体运载火箭飞行模态参数识别方法，其特征在于，根据火箭飞行段对全程时域数据进行切割，包括一级飞行段、二级飞行段，对切割后的时域数据分别开展预处理，包括：滤波、重采样、去趋势、去均值，去除跟模态无关的频带信息。6.根据权利要求1所述的一种固体运载火箭飞行模态参数识别方法，其特征在于，对一级飞行段预处理后的时域数据进行频域分析，获取每个时刻的频谱特征；其中，频域分析针对每个秒点开展，每个秒点的频谱特性，根据采样频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘忠文，刘伟，戴婷婷，张静，刘佳佳，马上，刘帅帅，姚瑶，王晓雷，张仁嘉，张嘉炜，闫奕含，张雯，严恺，石宝兰，曾耀祥，吕海波，吴万同，武玉玉，朱莉，何磊，化金，佟明羲，岳勇，赵继亮，高云逸，于一帆，潘旭，
申请(专利权)人：北京宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：