基于惯性补偿的脉冲风洞测力天平瞬态研究

脉冲燃烧风洞中开展高超声速一体化飞行器测力试验时,天平输出结果无法达到平衡,为动态信号,因此需对其进行动态响应特性研究。根据单分量测力天平的结构和工作原理,将其简化为弹簧、阻尼和连续杆系统,根据Lagrange方程建立了测力天平的动力学模型;对测力天平动态特性进行了仿真研究,通过施加不同周期的正弦载荷和阶跃载荷,计算得到了天平输出规律,结果表明激励载荷频率远离测力天平固有频率时,以弹性输出均值作为测力结果可行,但引入惯性补偿不仅大幅提高了输出结果的准确度,而且输入输出间的瞬时偏差大大减小,可以满足瞬态测力要求。     

脉冲风洞天平短时振荡测力数据稳态值提取的优化识别方法EI北大核心CSCD

针对脉冲型风洞有效试验时间短、测力天平输出为大幅振荡信号的问题,提出了一种从振荡信号中提取稳态值的方法。忽略风洞启动段的数据,只取来流稳定段上的天平测力信号,将其看作是因受恒定载荷作用而处于非零稳态位置的多自由度系统由未知初始位移和速度引起的自由振动响应,用参数化的自由振动模型拟合测量输出,通过求解优化问题辨识出未知参数,其中就包含了所求的天平稳态输出值。用几个算例对方法进行了检验。     

脉冲风洞天平短时振荡测力数据稳态值提取的优化识别方法

针对脉冲型风洞有效试验时间短、测力天平输出为大幅振荡信号的问题,提出了一种从振荡信号中提取稳态值的方法。忽略风洞启动段的数据,只取来流稳定段上的天平测力信号,将其看作是因受恒定载荷作用而处于非零稳态位置的多自由度系统由未知初始位移和速度引起的自由振动响应,用参数化的自由振动模型拟合测量输出,通过求解优化问题辨识出未知参数,其中就包含了所求的天平稳态输出值。用几个算例对方法进行了检验。     

脉冲燃烧风洞测力系统传力特性研究

脉冲风洞测力系统传力特性研究有助于评价风洞测力试验数据的准确性。目前,该类研究鲜见报道。针对力在测力系统中的传递难以测量及系统结构对传感器安装位置限制的特点,提出了一种基于有限元仿真的风洞测力系统传力特性分析方法。基于参数辨识的方法建立系统整机动力学模型,并对整机进行了模态试验,验证了该有限元模型的准确性;基于飞行动力学理论选取飞行器模型重心与天平间的传力特性来描述整机传力特性;在此基础上,进行谐响应分析,获得力在飞行器模型重心与天平浮动框间的传递特性;将飞行器模型所受气动力等效成模型重心处的集中力,并对其进行傅里叶变换,展开成一系列谐波力信号,基于重心-天平浮动框的传递特性计算各谐波力信号传递至天平浮动框后的大小;以天平测试分辨率为依据,筛选出未被天平识别的谐波力,并计算其能量占总体信号能量的百分比,以此来评估测力系统传力特性的好坏。分析结果表明,测力系统在轴向、径向与垂向具有良好的传力特性,能保证测力试验数据的可靠性。该方法可为测力系统测试精度预测与及测试误差影响因素分析提供技术支持,具有广阔的应用前景。     

脉冲燃烧风洞测力天平动力学建模与分析

风洞试验在高超声速一体化飞行器研究过程中发挥着无法替代的作用,其中天平测力是风洞试验的关键技术。脉冲燃烧风洞试验的时间短、冲击载荷大。试验过程中,模型系统会产生强烈的振动,影响天平的测力精度,因而需对其进行动力性能的研究。由此,首先针对测力天平进行结构动力学建模,获得天平的动力学方程。通过仿真分析和锤击试验对测力天平的模态参数进行了计算和测定,然后将计算结果和试验结果进行对比分析,并解析两者的差异及产生的可能原因。理论和实验的全过程表明了测力天平的模态特性能够予以确认,同时也为试验模型系统结构动力学的进一步研究提供了有价值的依据。     

桥梁颤振导数识别的时域法与频域法对比研究

同时提出了基于桥梁节段模型强迫振动风洞实验的颤振导数时域识别法与频域识别法。开发了一套两自由度强迫振动装置,用它进行了三种节段模型的强迫振动法风洞试验。用这同一批实验数据作了两种方法的对比研究。采用两种或多种数据处理方法,可以提高颤振导数识别结果的可信度。频域法自身包含有滤波过程,因而抗干扰能力强,识别的颤振导数曲线平顺光滑;时域法的定解方程对信号相位差较敏感,易受杂波干扰导致结果漂移或波动。     

跨声速风洞测力模型主动减振系统的试验研究

跨声速风洞测力试验模型通常采取尾部支撑方式，构成的模型系统刚度较低。试验过程中，受气流脉动力的作用，模型在进入大攻角试验状态时，极易产生剧烈的低频振动，严重影响风洞测力试验的正常进行。针对跨声速风洞测力试验模型系统及其动力学特性，采用主动控制技术来实现风洞模型的振动抑制。建立了一套计算机实时主动减振系统；利用白行研制的、具有激振与减振双重功能的作动器来实施控制，作动器直接装载于模型的内结构空腔，不改变或破坏试验模型的外形结构；基于学习控制策略，提出了相应的控制律设计方法，并给出了一种简单、实用的控制算法；以内含实际支撑装置的风洞测力试验模型系统为对象，通过大量的地面试验评估了整个减振系统的性能。试验结果验证了该主动减振系统的可行性与有效性。     

复杂周边环境下超高层建筑的强风动力响应特性

对处于强风地区复杂周边环境下的某方形截面超高层建筑分别进行了刚性模型测压试验和高频天平测力试验。基于测压试验得到的结构表面的风压分布,采用随机振动理论,进行了风致振动响应计算,结果表明其上下一致的方形截面导致漩涡脱落强烈,强风下横风向涡激响应非常显著,值得重视。在高频天平测力试验得到的基底弯矩谱上同样可以看到在涡脱频率附近的显著峰值。基于基底弯矩谱试验值同样计算了结构的风致振动响应,其结果与基于刚性模型测压试验计算的各响应非常接近,从而验证了2 种试验方法的可靠性。     

基于有限元分析的复杂结构弹性振动传递函数建模

为了解决复杂结构的弹性振动建模问题,提出了一种基于有限元分析的弹性振动传递函数建模方法。首先建立能够准确反映结构动力学特性的有限元模型;然后根据输入参数和辨识算法类型的不同,分别从时域和频域两方面进行传递函数建模,其中时域辨识建模以PRBS信号的瞬态响应结果为辨识数据进行时域参数辨识,频域辨识建模以结构的频率响应函数为辨识数据进行频域参数辨识;最后以“时域建模频域验证,频域建模时域验证”的方法检验传递函数的精度。通过建立悬臂梁、某运载火箭和某弹体局部结构的传递函数模型,证明了该方法的可行性和有效性,为该方法在工程实践中的应用提供参考。     

脉冲风洞短时测力信号的延拓与动态载荷辨识方法

研究了一种可快速辨识脉冲风洞中试验模型所受动态载荷的方法。给出了载荷、系统单位脉冲响应函数、天平输出三者的时域离散化模型,指出后者是前两者线性卷积的截断;将天平短时振荡输出延拓为完整的线性卷积结果,对前两者补零延拓,将上述模型转化为圆周卷积形式,进而通过离散傅里叶变换得到三者的频域离散化模型,求解频域模型得到载荷。通过单自由度系统简单载荷、多自由度系统复杂载荷两个数值模拟算例验证了该方法仅需对测量信号低通滤波即可准确辨识出载荷;经风洞试验,验证了方法的准确性和实用性。     

脉冲风洞测力系统建模与载荷辨识方法研究

将载荷辨识技术应用于脉冲燃烧风洞模型测力。用子结构综合法建立了测力试验系统的动力学模型,在时域内将动力学方程进行离散,建立起天平测量信号与模型气动载荷历程之间的线性关系,作为载荷辨识的模型。采用Tikhonov正则化和子空间投影法相结合的混合正则化方法,将高维的、不适定的载荷辨识问题转化为低维的适定问题,以利于快速求解。提出了一种新方法来确定合适的投影子空间维数,然后应用L曲线准则来寻找低维正则化问题的最优正则化参数。最后通过算例验证了系统建模方法的精度和载荷辨识算法的有效性与稳定性。     

一类输出时滞系统的振动主动控制方法研究

为实施一类受复杂外扰作用结构系统的低频振动控制,相应的控制系统需引入高阶低通滤波器来消除输出测量中的噪声和高频干扰,以避免观测溢出,从而形成了含输出时滞的受控振动系统.为补偿该类滤波器带来的时滞影响,提出了考虑输出时滞的最优控制方法.首先采用Moore-Penrose广义逆求解方法将含有输出时滞的系统方程转换为对应的输入输出描述形式;然后利用扩维方法将含时滞的系统转换为不显含时滞的系统,并采用传统的LQ方法设计相应的控制律.最后以实际风洞测力试验模型的低频主动减振为研究背景,进行相应的数值仿真和实验验证.结果表明,该方法能有效抑制这类输出时滞系统的低频振动.同时确保输出信号中的高频成分和噪声干扰得到很大程度的衰减,有效避免了控制器的观测溢出问题.     

低速风洞试验模型主动抑振系统设计与验证

开展飞行器风洞试验时,通常会出现模型振动情况,飞行器模型的振动会降低试验测量结果的精准度,在临界迎角状态时尤为严重,有时甚至会危害试验模型和设备的安全。为了提高试验质量,保障试验安全,应采取措施控制风洞试验中模型的振动,主动减振技术相较于被动减振技术适应性更强,可以满足风洞工况多变情况下模型减振需要。本文研究一套适用于低速风洞尾撑试验的基于压电陶瓷的主动减振系统,通过在支杆根部合理布置压电陶瓷作动器,将压电陶瓷的轴向运动转变成支杆的俯仰振动,以模型上振动加速度信号作为反馈,采用自适应内模反馈系统进行振动控制,并搭建地面模拟台进行了验证,试验结果表明本系统取得了良好的抑振效果。     

低速风洞模型振动主动控制仿真研究

风洞试验模型的振动对数据精准度具有较大影响,特别是在大迎角试验状态下模型的振动甚至危害到了试验的安全性。为了提高试验数据的精准度,保障试验安全性,有必要采取措施控制风洞试验中的模型振动。针对中国空气动力研究与发展中心4米×3米低速风洞尾撑装置的特点,制定了两种振动主动控制方案,并对控制方案进行了有限元仿真验证。采用ANSYS软件对4米×3米风洞尾撑装置进行了有限元建模,在此基础上进行了模态分析,获得了尾撑装置的固有频率及振型等动力学特征。进而采用 APDL编程语言,基于平滑预测策略对主动控制过程进行了动力学对比分析。仿真分析表明,所提出的4米×3米风洞尾撑装置主动控制方案具有良好的抑振效果。     

工频干扰振动信号的建模与分离处理

针对钻井泵振动测试过程中遇到的工频干扰，采用信号的基元分段方法进行测试信号的合理分段处理，结合最优频率匹配法实现分段后干扰信号的建模分析。在此基础上提出振动信号的匹配滤波法，实现干扰信号与钻井泵振动信号的匹配滤波分离。实践表明，最优频率匹配法可以实现各种信号的数学建模，是一种通用性的信号建模处理有效的新方法，而且建立在该方法基础上的匹配滤波法也可以较为完整、合理地分离各种时、频域混叠信号，是一种适应性强的信号滤波处理新方法。     

减振运输箱道路运输仿真与试验

通过仿真与试验,对钢丝绳隔振器减振运输箱进行研究。模拟路面的不平度信号,作为虚拟振动台的输入信号,运用ADAMS模拟减振运输箱在道路运输时的减振效果;进行道路运输试验,通过传感器来采集振动信号,对振动信号进行频域和时域分析,验证减振运输箱良好的减振效果。     

缸盖振动信号在发动机配气机构状态检测中的应用研究

本文分析了发动机缸盖的振动特性，建立了缸盖系统振动模型，对缸盖振动信号的时域和频域特性进行了分析，提出了反映气门间隙的特征参数，并进行了检测试验验证。     

惯组野外测试时振动干扰的检测与提取

惯组（即惯性器件组合）在外场进行标定时常常会受到地基振动的干扰,这种干扰会对惯组的测试精度造成极大的影响。首先建立振动信号的数学模型,然后根据振动信号与噪声信号奇异性的差异,利用小波模极大值法对惯组的输出信号进行分析,并推导抑制噪声干扰、提取振动信号的算法。仿真实验表明该算法对振动干扰具有很好的检测能力。     

金茂大厦风致振动的实验研究

在同济大学ＴＪ－２边界层风洞中对总高为４２０．５ｍ上海金茂大厦的模型进行了高频动态夭平测力模型试验和多自由度气动弹性模型试验,根据试验结果及计算得到了该塔楼在风作用下的动力响应,以及风向、地貌和周边建筑的干扰等条件对结构风振响应的影响,将主要结果和加拿大西安大略大学边界层风洞的主要试验结果进行了对比,两者在工程精度范围内吻合较好。     

基于随机共振预处理的振动故障特征提取研究

为有效降低噪声对机械故障特征提取结果干扰,提高故障特征集分类性能,提出基于随机共振(SR)预处理的故障特征提取方法。用随机共振方法对振动信号预处理,提高输出信号信噪比,增强信号频率特性;将随机共振输出信号用于特征集提取。为验证随机共振对信号预处理效果,分别提取基于时域、频域及时频域分析的故障特征集用于故障诊断;用转子试验数据对该方法所取特征集进行检验。结果表明,经随机共振处理后提取的各特征集与原始数据提取的特征集相比,均表现出较好分类性能,且其诊断结果的确定性较原始特征好,有望应用于工程实际。