紊流激励条件下的风洞颤振试验颤振边界预测方法技术

本发明专利技术公开了一种紊流激励条件下风洞颤振试验中的颤振边界预测方法，首先采集风洞试验过程中典型测点处的时域响应信号，对所得信号进行趋势去除与平滑前处理，对处理后的紊流响应数据进行自相关处理，作为系统的冲激响应并进行带通滤波，滤波所选频率由模型地面共振试验所测得的危险模态频率确定；其次对处理得到的含噪冲激响应做谱分析并进行模态参数识别，采用抗噪性能较强的MPM（matrixpencilmethod）方法识别各阶模态参数；最后按照数据采集时的不同风速将各阶模态的频率与阻尼比进行排列，采用直线拟合与多项式拟合相结合的方式外推颤振边界。该发明专利技术能够预测紊流激励条件下的颤振边界，改善传统的颤振判断方法，有助于提高试验的准确性与安全性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种紊流激励条件下风洞颤振试验中的颤振边界预测方法，首先采集风洞试验过程中典型测点处的时域响应信号，对所得信号进行趋势去除与平滑前处理，对处理后的紊流响应数据进行自相关处理，作为系统的冲激响应并进行带通滤波，滤波所选频率由模型地面共振试验所测得的危险模态频率确定；其次对处理得到的含噪冲激响应做谱分析并进行模态参数识别，采用抗噪性能较强的MPM（matrixpencilmethod）方法识别各阶模态参数；最后按照数据采集时的不同风速将各阶模态的频率与阻尼比进行排列，采用直线拟合与多项式拟合相结合的方式外推颤振边界。该专利技术能够预测紊流激励条件下的颤振边界，改善传统的颤振判断方法，有助于提高试验的准确性与安全性。【专利说明】
本专利技术涉及一种模态参数识别方法，尤其涉及一种，属于模态参数识别
。
技术介绍
颤振试验是飞行器设计工作中必需的一个重要环节，通过试验得到的颤振边界能够确定飞行器的飞行包线，进而评判飞行器性能与保障飞行安全。然而目前在风洞颤振试验中，颤振速度的获得通常还依赖于试验人员的工作经验。试验人员以有限元计算的颤振边界作为参考值，在吹风的初始阶段会以一定的风速阶梯提高风速，然后不断降低其风速阶梯的增速，当风速加载靠近理论颤振风速时，小心地风速微增使振动逐渐发散，通过观察响应信号的衰减发散情况与试验件的振动情况来判断颤振边界是否到达，以此获得颤振速度。然而如果吹风模型存在未发现的设计缺陷导致实际颤振速度与理论结果误差较大，在提高风速时很有可能在工作人员来不及反应的情况下解体破坏，甚至会损坏风洞，因此仅根据人工经验来判断颤振边界存在着风险性与不准确性。在风洞颤振试验中，可以通过类似于在翼尖安装小火箭激励的方式来获得冲击响应，识别模态阻尼并外推颤振边界。然而该方法设备相对复杂，操作繁琐。风洞试验中最常用的激励方式为紊流自然激励，该激励方法不需要额外的激励设备，操作简便、能够有效降低成本。目前，针对紊流激励条件，有文献采用随机减量法对输出响应信号进行系集平均以获得系统的冲击响应，然而随机减量法需要选取合适的触发条件与子信号的平均次数，而这两者又是相互关联的，所以该方法在使用过程中需要根据信号进行进一步的调试，这就造成了所得结果的不准确与不稳定。
技术实现思路
本专利技术针对紊流激励条件下的风洞颤振试验，提供了一种，旨在解决风洞试验中紊流自然激励响应的模态参数识别问题。本专利技术采用如下技术方案:一种，其包括如下步骤 (1)选取模型的弯与扭模态的测点位置粘贴传感器，在某个吹风风速下实时采集各点响应； (2)在步骤(I)的吹风风速下，对所测响应进行趋势去除与平滑处理预处理； (3)将每个测量通道预处理后的紊流响应信号做自相关处理； (4)结合地面共振试验各阶模态的频率，将步骤(3)所得的各测点的自由衰减响应做频域变换并进行滤波以去除各测点所含模态之外的频域信息；(5)采用模态参数识别矩阵束方法识别步骤(4)所得的各测点滤波后所得响应的各模态频率与阻尼比参数； (6)在每个吹风风速下记录步骤(5)所得各模态参数，做出每阶模态阻尼比相对于风速的变化曲线，进行曲线拟合并外推阻尼比降为O的风速作为此刻测量风速下的预测边界点，并指导下一步风速的加载量； (7)每个吹风速度下根据步骤(6)所预测的边界风速适当的选择风速进行加载，重复步骤(2) - (6)，更新步骤(6)中的拟合曲线并外推新的预测点，直到当前风速与预测风速趋于一致，即判定颤振临界点。所述紊流信号处理方法为自相关处理。所述每个外推预测边界点将用于指导下一步风速的加载量。本专利技术具有如下有益效果:本专利技术能够预测紊流激励条件下的颤振边界，改善传统的颤振判断方法，有助于提高试验的准确性与安全性。【专利附图】【附图说明】图1为扭转与面内弯曲测点的紊流激励时域响应。图2为预处理后的紊流响应。图3为自相关处理后的响应。图4为频域的滤波处理。图5为两个风速各测点的直线拟合外推。图6为三个风速各测点的直线拟合外推与二次项拟合外推。图7为更新的风速各测点的直线拟合外推与二次项拟合外推。图8为面内弯曲模态紊流响应自相关处理后的频谱随风速的变化。图9为扭转模态紊流响应自相关处理后的频谱随风速的变化。图10为翼尖紊流响应自相关处理后的频谱随风速的变化。【具体实施方式】下面结合附图对本专利技术的技术方案进行详细说明: 请参照图1至图10所示，本专利技术的包括以下步骤: (1)选取模型的弯与扭模态的测点位置粘贴传感器，在吹风过程中实时采集各点响应，采样频率为4096Hz，风速为41m/s时弯扭响应如图1所示； (2)在该风速下，对所测响应进行趋势去除与平滑处理，以达到去除毛刺与坏点的目的,处理后的响应如图2所示； (3)将每个测量通道预处理后的紊流响应信号做自相关处理，以达到将紊流自然激励响应转化为自由衰减响应的目的，处理后的响应如图3所示； (4)结合地面共振试验各阶模态的频率，将步骤(3)所得的各测点的自由衰减响应做频域变换并进行滤波，以去除各测点所含模态之外的频域信息。地面共振试验的一扭频率为18.46Hz，面内二弯的频率为13.75Hz。频域变换后这两阶模态频率分别在18.8Hz与13.9Hz左右，选取适当的频率范围进行带通滤波，滤波结果如图4所示；(5)采用模态参数识别矩阵束方法识别步骤(4)所得的各测点滤波后所得响应的各模态频率与阻尼比参数。此风速下识别得到的扭转频率为13.94Hz，阻尼比为0.0105;弯曲频率为18.85Hz，阻尼比为0.0243 ； (6)在每个吹风风速下记录步骤(5)所得各模态参数，做出每阶模态阻尼比相对于风速的变化曲线，进行曲线拟合并外推阻尼比降为O的风速作为此刻测量风速下的预测边界点，以指导下一步风速的加载量，如图5所示，此时预测边界点为42.64m/s，因此下一步风速加载为41m/s ； (7)每个吹风速度下根据步骤(6)所提供的边界风速适当的选择这两个风速之间的风速点并进行加载，重复步骤(2) —(6)，更新步骤(6)中的拟合曲线并外推新的预测点，如图6-图7所示。同时结合各风速下各测点的频谱判断会出现颤振的模态，着重考虑该模态阻尼比的变化趋势，直到当前风速与预测风速趋于一致，即可判定颤振临界点。频谱变化图如图8至图10所示，图8中的弯曲测点在42m/s突增了扭转模态的频域分支，图9中的扭转模态逐渐明显，图10中翼尖响应在41m/s时突增了扭转模态并在42m/s时变为主要模态，这都表明了该扭转模态逐渐趋于发散以至会出现颤振，这也与图6、图7中扭转外推一致。由图?外推的预测边界点为42.063m/s，此时风速加载到了 42m/s，因此此时认定加载到了边界并进行风洞停车。本专利技术能够预测紊流激励条件下的颤振边界，改善传统的颤振判断方法，有助于提高试验的准确性与安全性。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本专利技术的保护范围。【权利要求】1.一种，其特征在于:其包括如下步骤 (1)选取模型的弯与扭模态的测点位置粘贴传感器，在某个吹风风速下实时采集各点响应； (2)在步骤(I)的吹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种紊流激励条件下的风洞颤振试验颤振边界预测方法，其特征在于：其包括如下步骤（1）选取模型的弯与扭模态的测点位置粘贴传感器，在某个吹风风速下实时采集各点响应；（2）在步骤（1）的吹风风速下，对所测响应进行趋势去除与平滑处理预处理；（3）将每个测量通道预处理后的紊流响应信号做自相关处理；（4）结合地面共振试验各阶模态的频率，将步骤（3）所得的各测点的自由衰减响应做频域变换并进行滤波以去除各测点所含模态之外的频域信息；（5）采用模态参数识别矩阵束方法识别步骤（4）所得的各测点滤波后所得响应的各模态频率与阻尼比参数；（6）在每个吹风风速下记录步骤（5）所得各模态参数，做出每阶模态阻尼比相对于风速的变化曲线，进行曲线拟合并外推阻尼比降为0的风速作为此刻测量风速下的预测边界点，并指导下一步风速的加载量；（7）每个吹风速度下根据步骤（6）所预测的边界风速适当的选择风速进行加载，重复步骤（2）—（6），更新步骤（6）中的拟合曲线并外推新的预测点，直到当前风速与预测风速趋于一致，即判定颤振临界点。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周丽，李扬，穆腾飞，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：