[发明专利]一种突风响应地面模拟试验方法

说明书

本发明公开了一种突风响应地面模拟试验方法，通过在飞机结构上布置传感器以测试待测试结构的响应信号，利用待测试结构的响应信号通过气动力计算模块计算结构振动引起的非定常气动力，引入突风激励模型，将突风激励与振动引起的非定常气动力叠加，通过激振器施加在待测试结构上，为保证气动力的准确加载，对激振器的输出力进行闭环控制，通过给定试验的测试条件，记录结构的位移响应信号即为突风激励下的响应。试验不受待测试结构尺寸限制，可以在真实飞机结构上进行，相比于有限元分析结果该试验结果可信度较高；该试验可在地面振动试验后进行少量设置以及传感器布置后直接进行，试验状态调节可以直接在软件中设置，试验操作简便，可缩短试验周期。

技术领域

本方法属于气动弹性试验领域，特别涉及一种突风响应地面模拟试验方法，主要用于飞机结构的突风响应的地面模拟与测试。

背景技术

突风响应是飞机结构在大气紊流作用下机体的响应，由于突风响应对于乘坐舒适性有着重要的影响，因此突风响应分析与验证是民机设计定型过程中一个必要的环节。为了对民机结构进行设计优化以及突风的减缓控制，需要对飞机结构在突风载荷作用下的响应进行评估，目前的工程上采用的主要手段有仿真分析和风洞试验两种，而通常用于气动弹性验证的飞行试验由于大气紊流试验条件不可控，试验难以实施。有限元分析具有成本低、周期短的优势，但是由于模型与真实飞机结构存在差异，并且无法考虑飞机结构的非线性等因素的影响，造成分析的误差较大；风洞模型气动力模拟精度较高，但是由于缩比模型与真实飞机结构存在差异，试验与真实情况存在一定差异，同时风洞试验的费用较高，加工模型的周期较长。鉴于上述手段的不足，提出一种基于地面振动试验的飞机结构突风项目地面模拟试验方法，通过激振器的集中力模拟飞机结构受到的非定常分布气动力，可以针对真实飞机结构进行试验测试，试验结果的可信度较高。

发明内容

发明目的

本发明的目的在于提出一种突风响应地面模拟试验方法，以提高突风载荷作用下飞机结构响应的预测精度，同时降低成本、缩短预测周期，从而为民机结构的防突风设计以及突风载荷减缓控制设计提供前向的数据指导。

发明技术解决方案

为了实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种突风响应地面模拟试验方法，通过在待测试结构上布置传感器以测试待测试结构的响应信号，利用待测试结构的响应信号通过气动力重构模块计算待测试结构振动引起的非定常气动力，引入突风激励模型，将突风激励与振动引起的非定常气动力叠加，通过激振器施加在待测试结构上，为保证气动力的准确加载，对激振器的输出力进行闭环控制，通过给定试验的测试条件，记录待测试结构的位移响应信号即为突风激励下的响应。

优选的，所述传感器采用加速度和位移传感器，速度信号通过加速度积分或位移微分间接得到。

优选的，本发明的一种突风响应地面模拟试验方法，包括如下步骤：步骤1：针对待测试结构，利用有限元方法进行突风响应分析，获得给定飞行状态和激励下的突风响应的分析结果；步骤2：将步骤1的结果作为优化的目标函数，优化变量为激振器和传感器的位置和数量，采用遗传算法进行优化，获得最优的激振器和传感器的布置方案；步骤3：利用步骤2获得的激振器和传感器的布置方案，对力插值和响应插值矩阵进行降阶处理，将非定常气动力影响系矩阵前乘响应插值矩阵后乘力插值矩阵，获得降阶后气动力的频域模型；步骤4：利用最小状态法将步骤3获得的频域模型拟合到时域中，获得气动力的时域模型；步骤5：按照步骤2获得的激振器和传感器布置方案进行安装，对各子系统进行联接；步骤6：通过半实物仿真系统给功率放大器施加激励信号，测试激振器作用在待测试结构上的响应，并设计控制器，控制器的设计方法参照中国专利CN201310303375.0基于H_∞鲁棒控制的多点激励力控制系统设计方法；步骤7：在气动力重构模块中设置待测试结构的飞行状态将模型下载至半实物仿真系统并进行试验，记录待测试结构的位移响应信号，与分析结果进行对比。

优选的，步骤7中飞行状态包括高度、马赫数。