LMS模态试验分析系统在具有间隙非线性的全动翼面模态识.pdf

LMS模态试验分析系统在具有间隙非线性的全动翼面
模态识别中的应用研究

金伟付焕兵陈烈斌慕智全

（成都飞机设计研究所，成都610041）
摘要：在飞机全动平尾在地面GVT试验中，由于间隙非线性的存在，使旋转模态难以识别和确认，直接影响颤
振计算结论。本文利用飞机全动平尾静力试验件，真实地模拟平尾操纵系统间隙状态。借助LMS的模态试验设
备，分别使用纯模态法和步进正弦扫频频响函数法，深入研究了自由间隙对平尾旋转模态的影响。研究结果表明，
使用LMS模态试验设备的步进正弦扫频频响函数法，可以较为准确地识别具有间隙非线性全动翼面的旋转模态，
克服了以往GVT试验中只使用纯模态法通过调节激振力、激振频率寻求最高模态指示函数容易误判旋转模态的
缺陷。
关键词：间隙非线性，全动翼面，旋转模态

ApplicationofLMSModeTestAnalysisSystemtoidentifyrotation

modesofall-movingstabilizerwithfree-playnonlinearity

JinWei,FuHuanbing,ChenLiebin,MuZhiquan
(ChengduAircraftDesignandResearchInstitute,Chengdu610041)
Abstract:InaircraftGroundVibrationTests(GVT),rotationalmodesofallmovingstabilizerareverydifficultto
accuratelyidentifyduetothefree-playnonlinearity,whichwilldirectlyaffecttheconclusionoffluttercalculation.In
thispaper,astaticstrengthtesthorizontalstabilizerisusedtostudythefree-playeffect.WiththeaidofLMSmodetest
instruments,phaseresonancemethodandsteppedsinefrequencyresponsefunctionmethodareadoptedtoresearchthe
effectoffree-playonstabilizerrotationmodes,respectively.Researchresultshaveshownthatthesteppedsine
frequencyresponsemethodadoptedbyLMSmodetestinstrumentscanidentifytherotationmodesofall-moving
stabilizerwithfree-playbysatisfiedaccuracy,whichovercomessomelimitationsintraditionalGVTonlywithphase
resonancemethod.
.
KeyWords:LMS,Modetest,Free-playnonlinearity,Horizontalstabilizer,RotationalModes,

引言

由于现代歼击机全动翼面结构设计广泛采用了直轴与电传伺服操纵系统，与传统的斜轴全动翼面相比，它的
翼尖配重效率较低，颤振安全余量非常临界，颤振速度随翼面旋转频率、旋转间隙的变化十分敏感。因此，在全
机地面GVT试验中对全动翼面旋转模态的识别和确认一直是困扰型号设计与试验单位的技术难点。目前国内处
理具有间隙非线性特征的全动翼面模态识别方法一般采用变激振力、激振频率的相位共振法。把大激振力下模态
指示函数较高、稳定的激振频率、测量振型做为它的旋转模态。
在某改型飞机地面GVT试验中发现，由于平尾操纵机构设计未采用锥形销、锥形衬套等抑制间隙措施，平
尾旋转间隙明显偏大，远大于规范0.034°的要求。使用相位共振法测量的平尾旋转频率比计算值（已根据工程
经验修正）低很多，并且同架飞机左右平尾、不同架次飞机同侧平尾的测量结果差别较大，与试飞测量数据的符
合性也较低。如果按照本次试验结论进行颤振计算，全动平尾的颤振速度就不能满足设计要求。为弄清本次试验
结果分散性较大的原因，利用LMS的模态测试设备，用变激振力正弦扫频法试验测量了平尾非线性共振区的频
响特性。测量的频响函数曲线显示，在旋转频率主峰值附近出现了多个次峰值，并且在每个次峰值处都能够识别
出平尾的旋转模态。这些旋转模态分别对应于FEM模型计算值和用相位共振法得到的不同试验结果。这一现象
对确定真实可靠平尾旋转模态造成了很大的困难。
由于在全机状态下平尾的连接结构比较复杂，飞机各部件间的