基于AR模型經(jīng)典譜估計的某型飛行器舵結(jié)構(gòu)熱模態(tài)試驗

李智勞++劉凡++崔盼禮

摘要：高超聲速結(jié)構(gòu)往往由于熱作用導(dǎo)致其本身的模態(tài)特性發(fā)生較大變化，進而影響結(jié)構(gòu)的安全。因此開展熱作用下的結(jié)構(gòu)模態(tài)特性研究顯得非常重要。為此，詳細(xì)探討了經(jīng)典譜估計方法在熱模態(tài)測試中的應(yīng)用，給出了經(jīng)典譜估計方法測試結(jié)構(gòu)熱模態(tài)的一般流程，并對某型高超聲速飛行器舵結(jié)構(gòu)進行了熱模態(tài)測試，獲得了模態(tài)頻率隨時間的變化特征。該研究具有重要的工程應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：高超聲速；經(jīng)典譜估計；熱模態(tài)；舵結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TB

文獻標(biāo)識碼：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.15.092

1引言

目前，國內(nèi)外對熱模態(tài)試驗技術(shù)的研究都非常重視，美國NASA Langley、Dryden等研究中心分別針對金屬和復(fù)合材料壁板、X-15翼舵、X-34發(fā)動機噴管等結(jié)構(gòu)開展熱模態(tài)試驗方法研究與試驗驗證，2010年NASA Dryden研究中心針對X-37方向舵開展熱模態(tài)試驗的探索研究，但是由于高溫加速度傳感器技術(shù)的不成熟并未準(zhǔn)確測得加速度信號。

隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)一些構(gòu)也研究了舵結(jié)構(gòu)在熱作用下的模態(tài)識別工作，取得了一些成就。開展熱作用下的結(jié)構(gòu)模態(tài)試驗技術(shù)，對研究飛行器受熱影響下的顫振問題具有相當(dāng)重要的學(xué)術(shù)意義和工程價值。

2基于經(jīng)典譜估計的時變模態(tài)參數(shù)識別

所以給試驗件施加一純隨機激勵，每隔T時間采集一組時域數(shù)據(jù)，然后通過T時間采集到的時間歷程數(shù)據(jù)和激勵數(shù)據(jù)來求取頻率響應(yīng)函數(shù)，借助頻率響應(yīng)函數(shù)對T時間段內(nèi)的結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)進行識別，最后得到一組時間段T內(nèi)結(jié)構(gòu)的模態(tài)參數(shù)并繪制模態(tài)頻率隨時間的變化曲線，進而得到結(jié)構(gòu)的模態(tài)變化趨勢。

基于經(jīng)典譜估計的時變模態(tài)參數(shù)識別方法能夠解決很多熱模態(tài)測試問題，但也存在著若干問題。頻響函數(shù)是在一次加熱過程中獲得的，所以準(zhǔn)確度不高。頻率響應(yīng)函數(shù)的測試往往需要多次平均來提高信號質(zhì)量。

基于經(jīng)典譜估計的時變模態(tài)參數(shù)識別方法以傅里葉變換作為基礎(chǔ)。有如下公式：

Δf=1T（1）

Δf—頻率分辨率；T—時間段T。

從上述關(guān)系可以看出，Δf越小，則時間段T必須取的越大，然而過大的時間段T已經(jīng)失去了研究模態(tài)隨時間變化的意義。因此，解決工程問題時，往往需要根據(jù)實際需要來取合適的時間段T。

3試驗驗證

3.1試驗設(shè)備

本次試驗所用設(shè)備見表1。

3.2正式試驗

本次試驗采用激光測振儀測量響應(yīng)，激光測振儀采用非接觸方式，由于激光不受高溫影響且免去了高溫下的安裝和防護問題。具體方法是將激光測振儀攝像頭垂直于舵面方向安放在需要測試的位置，在加熱系統(tǒng)相應(yīng)的位置上打孔，使激光能夠透過加熱系統(tǒng)投射到舵面上，本次試驗布置四個測點。

本次試驗瞬態(tài)加熱時間為40秒，初始溫度為90度。舵面安裝在設(shè)計好的夾具上。

4結(jié)論

本文開展了某型舵面的熱模態(tài)試驗，運用基于AR模型的經(jīng)典譜估計方法得到了舵面的前兩階模態(tài)頻率隨時間的變化規(guī)律，本文的研究成果對后續(xù)繼續(xù)開展結(jié)構(gòu)的熱模態(tài)研究有重要意義。

參考文獻

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