[发明专利]支杆尾撑式飞行器模型多维振动控制方法

说明书

本发明支杆尾撑式飞行器模型多维振动控制方法属于振动主动控制领域，涉及一种应用于飞行器模型风洞试验的基于压电陶瓷作动器的支杆尾撑式飞行器模型多维振动控制方法。该方法通过布置在飞行器模型质心上的俯仰和偏航加速度传感器测量飞行器模型主振动加速度的两个分量，求取飞行器模型主振动矢量并确定支杆实时振动平面。引入惯性力求解多维振动减振器主动截面上所受动态弯矩，进而获取主动截面上应力分布，并根据主动截面上压电陶瓷作动器所受应力实时解算振动控制力。该方法采用多维振动主动控制系统，提高了风洞模型振动主动控制系统稳定性和可靠性，延长了压电陶瓷作动器使用寿命，进而保证了风洞试验数据质量及风洞试验安全性。

技术领域

本发明属于振动主动控制领域，涉及到一种应用于飞行器模型风洞试验的基于压电陶瓷作动器的支杆尾撑式飞行器模型多维振动控制新方法。

背景技术

风洞试验是航空领域中的核心作业装备或部件研制与开发过程中的重要手段，作用不可替代。在全模测量、测压等试验中，飞行器模型通过测力天平与风洞尾撑支杆连接固定在攻角调整机构上，这种支杆尾撑式试验支撑系统是一个典型的悬臂梁系统。随着试验攻角增大，通过飞行器翼型上表面的气体将不再附着翼型表面流过，从翼型表面脱落，翼型前缘后方会产生涡流，对飞行器模型机翼产生随机激励，加之风洞气流本身脉动气压及模型尾迹气流等宽频不稳定气流的扰动，引起的模型支撑系统在俯仰平面、偏航平面及轴线方向上的低阶多维低频大幅振动，尤其是在跨声速情况下振动更为严重。这种振动会造成测量数据品质差、传感器过载、测试包线(攻角等)受限，如果试验不及时停止，甚至会对悬臂梁支撑系统、风洞设备造成破坏，威胁风洞试验的安全性。因此，须要研究切实有效的多维振动控制方法，提高风洞试验的数据质量、测试包线(攻角等)完整性，保证风洞试验的安全顺利进行。

一般来说，风洞飞行器模型的振动控制分为被动振动控制方式和主动振动控制方式，被动振动控制方式限于特定大空间模型、特定工况，且相应速度慢，振动控制效果不理想。因此，普适性强、响应速度快、输出功率大的振动主动控制方法是目前最具有研究和实用意义的方法。

近年来，在风洞飞行器模型振动主动控制系统研究集中于飞行器模型俯仰方向振动和振动控制尾撑支杆结构研究，南京航空航天大学的孙逸宇、沈星等人发明的专利“一种含柔性铰链可实现振动主动控制的风洞用尾支杆”，专利号为CN 207050948 U，发明了一种使用一个压电陶作动器的含柔性铰链结构的振动主动控制的风洞用尾支杆，该支杆可从结构上实现振动的控制，但振动控制效果有限，并且只能实现俯仰平面内振动控制。哈尔滨工程大学的杨铁军、李新辉等人发明的专利“一种应用于风洞模型振动抑制的主动抑振装置”，专利号为CN 108225714A，发明了一种通过在俯仰和偏航平面分别布置压电陶瓷的方式，控制俯仰和偏航压电陶瓷组件轴向位移，使试验模型分别产生俯仰振动和偏航振动或者二者的耦合振动，实现振动控制。虽然通过对试验模型的俯仰和偏航振动进行解耦控制可以达到一定的振动控制效果，但飞行器模型在风洞试验过程中主要在俯仰方向发生振动，偏航方向飞行器模型振动较小，在偏航方向布置与俯仰方向相同数量的压电陶瓷作动器用于控制相对小很多的偏航方向振动，造成振动控制能力的大量浪费，而且分别对分解在俯仰和偏航平面内振动进行控制，不是对飞行器模型产生的原本主振动进行控制，控制过程中，不同平面内压电陶瓷组件工作时会互相影响，控制系统稳定性和可靠性受到影响。

发明内容