[发明专利]一种细长型飞行器的振动试验仿真系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于试验仿真技术领域，具体涉及一种细长型飞行器的振动试验仿真系统及其试验方法，可用于对细长型飞行器进行随机振动试验仿真。

背景技术

物体运输和工作过程中经常会遇到振动现象，这些振动现象会对该物体的工作可靠性造成不可预知的影响。为了模拟物体所遭遇到的各种振动环境，判断该物体承受各种振动环境的能力大小，需要对物体进行振动试验。振动试验是力学环境试验的一种，按加载性质把振动试验分为正弦振动试验和随机振动试验，正弦振动试验采用振动的频率和幅值控制试验；随机振动试验大部分基于对功率谱的控制。对于细长型飞行器，其在运输、安装及使用环境中往往会遇到各种随机振动的情况，造成细长型飞行器随机振动的因素主要为载荷的不确定性，随机振动可以对细长型飞行器造成许多不利影响，包括结构变形、产生裂纹或断裂、线路接触不良、电子器件误动作等。目前国内一般通过对细长型飞行器进行随机振动试验来模拟细长型飞行器在运输、安装及使用环境中所遭遇到的各种振动环境影响，进而确定细长型飞行器元器件、零部件及整机是否具备承受各种环境振动的能力。

然而无论是正弦振动试验还是随机振动试验往往都会存在一些缺陷，例如：由于无法预计试验结果，试验方案的设置比较盲目；试验中各个环节的操作步骤比较繁琐，效率较低、试验周期较长、试验成本较高；由于时间、空间等因素的制约，一些试验环境和条件无法完成。因此，对实物振动试验进行仿真无疑是一种较为理想的试验方式。仿真试验技术是指基于软件工程进行试验的技术，通过软件来建立试验环境，数字化模拟实际物理试验过程，以虚拟数字样机代替真是物理样机，如同在真实环境中完成预定试验分析，取得的试验效果等价于在真实环境中所得的效果，借助交互式试验分析，试验人员在制定试验方案阶段就能对飞行器的振动试验效果进行监测。因此，相比实物振动试验，仿真试验技术具有诸多的优势，它不仅可以作为真实试验的前期准备工作，还可以在一定程度上替代传统的试验。

从目前公开的资料来看，相关领域的研究机构已经进行过针对一般飞行器的正弦振动试验仿真研究，其方法为通过对振动台进行动力学建模，对试验参数和振动控制系统进行数学建模，以扫频方式进行正弦振动仿真，然而在正弦振动试验仿真过程中，其各个试验模块会用到多种独立软件，试验操作流程比较复杂，试验效率较低。例如，刘源等人在其发表的论文“飞行器虚拟振动试验平台构建”(《光学精密工程》2013，21(5)：1259-1263)中公开了一种飞行器虚拟振动试验平台构建方法，该方法采用系统仿真软件LMS AMESim建立了电振动台正弦振动控制仪模型；通过多学科系统仿真软件LMS Virtual.Lab建立了振动台的多体系统动力学模型，进行了振动台多体动力学模型与电磁作动系统模型的机电联合仿真，实现了振动控制系统、电磁作动系统、振动台与试件机械系统的闭环仿真，构建了飞行器虚拟振动试验平台，并利用该平台进行了盒式试件的正弦振动试验，其结果表明该平台可为飞行器的试前分析和虚拟振动试验提供试验环境。但是，该方法存在的不足之处是：该平台仅能进行正弦振动试验，而对于能够真正体现细长型飞行器振动环境的随机振动试验却无法对其进行振动试验仿真，此外该平台进行振动试验仿真时，各个步骤需要在不同的独立软件中进行，各个试验模块比较独立，因此试验过程较为繁琐，效率较低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种细长型飞行器的振动试验仿真系统及方法，旨在实现对随机振动试验的仿真，并提高仿真效率。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种细长型飞行器的振动试验仿真系统，包括前处理模块、有限元建模模块、条件设置模块、分析计算模块、结果处理模块和试验数据库，所述五个模块和试验数据库各自所涉及的软件集成在所述的仿真系统中，其中：

前处理模块，用于获取振动试验仿真几何模型，同时存储振动试验数值模拟算法文件和控制谱谱型数据；

有限元建模模块，用于建立振动试验仿真几何模型的有限元模型；

条件设置模块，用于设置振动试验仿真的控制方式和控制点位置；

分析计算模块，用于对振动试验仿真的算法文件、谱型数据、有限元模型、控制方式和控制点位置进行分析计算；

结果处理模块，用于对分析计算模块的分析计算结果进行优选；

试验数据库，用于存储前处理模块、有限元建模模块、条件设置模块、分析计算模块和结果处理模块中的文件和数据。