一种飞行器模型随机多维振动的降维监测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112033636A(43)申请公布日2020.12.04(21)申请号202010780945.5(22)申请日2020.08.06(71)申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市甘井子区凌工路2号(72)发明人刘巍王琴琴周孟德唐琳琳梁冰崔晓春王世红(74)专利代理机构大连理工大学专利中心21200代理人关慧贞(51)Int.Cl.G01M9/06(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种飞行器模型随机多维振动的降维监测方法(57)摘要本发明一种飞行器模型随机多维振动的降维监测方法属于飞行器风洞模型振动监测领域，涉及一种应用于支杆尾撑式飞行器模型风洞试验的多维振动的降维监测方法。该监测方法中，飞行器模型的多维振动在俯仰平面和偏航平面内解耦，通过设置在多维振动监测系统的加速度传感器，降维表示为两个相互垂直平面上的惯性观测力，在俯仰和偏航平面降维观测所选随机振动的振动特性，实现对飞行器模型的随机多维振动监测。本发明提出的监测方法提高了测量的精确度，此观测方法可行性高、适应性强，能够应用于快速发展的飞行器风洞模拟试验中。CN112033636ACN112033636A权利要求书1/2页1.一种飞行器模型随机多维振动的降维监测方法，其特征是，该方法首先在笛卡尔坐标系下描述飞行器风洞模型的随机多维振动，将飞行器模型的多维振动在俯仰平面和偏航平面内解耦，通过设置在多维振动监测系统的加速度传感器，在俯仰和偏航平面降维观测所选随机振动的振动特性，将属于该平面的三维惯性力降维表示为一个惯性观测力，最终通过惯性观测力，解耦观测所选随机多维振动的振动特性，实现对飞行器模型的随机多维振动监测；该方法的具体步骤如下：第一步：设计飞行器模型解耦结构，对飞行器模型多维振动进行解耦；在笛卡尔坐标系下，飞行器模型各轴上的气动载荷有轴向力Fx、法向力Fy、侧向力Fz；力矩分量分别为滚转力矩Mx、偏航力矩My、俯仰力矩Mz；将风洞天平测得的在稳定测量值上下往复波动的力、力矩定义为飞行器模型的多维振动，且振动主要发生在除滚转力矩Mx外的其它五个维度上；设计飞行器模型(2)、风洞天平(3)、悬臂支杆(1)解耦结构，保证俯仰平面和偏航平面振动特性互相独立；分别在俯仰平面和偏航平面内进行振动解耦，即轴向力Fx、法向力Fy、俯仰力矩Mz解耦在俯仰平面内；轴向力Fx、侧向力Fz、偏航力矩My解耦在偏航平面内，且两平面通过x轴垂直相交；第二歩：依据惯性力理论，分别在俯仰和偏航平面对多维振动降维处理在高速大攻角风洞试验中飞行器模型产生激变大幅振动，在俯仰平面内，法向力Fy，轴向力Fx，和俯仰力矩Mz这三维力方向上分别产生法向惯性力FIy(t)、轴向惯性力FIx(t)和俯仰惯性力矩FIMz(t)，由牛顿第二定律分别表示为：FIy(t)＝-meqay(t)(1)FIx(t)＝-meqax(t)(2)FIMz(t)＝-meqaMz(t)(3)其中，ay(t)、ax(t)、aMz(t)分别为沿法向惯性力、轴向惯性力和俯仰惯性力矩方向上产生的加速度，meq为模型等效质量；振动过程中，法向惯性力FIy(t)和轴向惯性力FIx(t)沿俯仰惯性扭矩力方向的分量FIyP(t)、FIxP(t)分别表示为：FIyP(t)＝-meqay(t)cosθp(4)FIxP(t)＝-meqax(t)sinθp(5)其中，θp为振动时尾撑悬臂支杆末端的旋转角；在-90°～90°的极限振动角范围内，法向、轴向惯性力分量FIyP(t)和FIxP(t)始终存在，法向惯性力FIy方向竖直向上，轴向惯性力FIx(t)方向与飞行器模型轴线方向重合，二者合力方向垂直于飞行器模型轴线，俯仰惯性扭矩力方向也垂直于飞行器模型轴线，三维惯性力可通过一个惯性力进行观测；将俯仰惯性扭矩力方向的合力定义为俯仰观测惯性力FIP(t)，表示为：FIP(t)＝-meqaP(t)＝FIMz(t)+FIyP(t)+FIxP(t)(6)其中，aP(t)是俯仰惯性扭矩力方向的观测加速度；同理，在偏航平面内，轴向力Fx，侧向力Fz和偏航力矩My方向上分别产生轴向惯性力FIx(t)公式同公式(2)，侧向惯性力FIz(t)和偏航惯性扭矩力FIMy(t)，由牛顿第二定律分别表示2CN112033636A权利要求书2/2页为：FIz(t)＝-meqaz(t)(7)FIMy(t)＝-meqaMy(t)(8)其中，az(t)、aMy(t)分别为沿侧向惯性力、偏航惯性扭矩力方向上产生的加速度，meq为模型等效质量；振动过程中，轴向惯性力FIx(t)和侧向惯性力FIz(t)在偏航平面沿惯性扭矩力FIMy(t)方向的分量FIxY(t)、FIzY(t)分别表示为：