连续变速颤振试验的实时颤振边界预测系统

实时颤振边界预测系统主要用于完成飞机颤振试验过程中对颤振临界速度的预测。该系统基于非平稳信号处理理论设计开发,融合了多种结构阻尼与稳定性分析方法。本文概述了系统的主要结构与工作原理,并应用数值仿真和实际工程试验验证考核了系统的有效性。该系统操作简便、结果可靠、界面友好,可以满足连续变速颤振试验的工程要求。     

基于H_∞控制和μ控制的二元机翼颤振主动抑制分析

针对二元机翼颤振主动抑制问题,对二元翼段颤振控制律的设计以及风洞实验验证展开了深入研究。首先,基于Theodorsen非定常气动力理论建立了该翼段模型的运动状态方程。其次,基于鲁棒控制理论设计了H_∞控制器和μ控制器,分别与二元翼段气动弹性系统共同组成了机翼颤振主动控制系统。最后,采用数值仿真和风洞实验相结合的方式,对H_∞控制器和μ控制器的颤振控制效果进行了验证。研究结果表明:H_∞控制器和μ控制器都能有效抑制颤振的发生,可将机翼颤振临界速度由15.45 m/s提高到27 m/s以上。且μ控制器在颤振主动抑制中的颤振抑制收敛时间更短,颤振抑制风速上限更高,具有更好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。     

带飞行控制系统飞机颤振试飞的结构动响应研究

对带飞行控制系统飞机在颤振飞行试验中的结构动力响应分析进行了研究,建立了采用FES(flight excitation system)系统激励和小火箭激励两种方式的动力学分析模型,在此基础上构建了软件分析平台并对某型带飞行控制系统飞机进行了应用,为该飞机颤振试飞激励方式和参数选取提供了参考依据。最后提出了气动伺服弹性和结构动响应研究下一步的发展方向。     

Limit vibration and pressure-pulsation cycles of the flow in the case of turbocharger rotor blade flutter

In this paper, the feasibility of limiting the flutter amplitudes of the axial turbocharger rotor blades by stabilizing the rotor speed is based on a study of experimentally confirmed required conditions. Two composite tasks are analyzed, the role of the contributions of structural damping and pressure pulsations in the air flow to the stability of the turbocharger blades’ vibrations and the parametric conditions for limiting the blade’s flutter amplitude at a stabilized rotor speed. It is shown that the blade’s flutter amplitude can be stabilized by increasing the quadratic damping of the acoustic diametral mode of the pressure pulsations in the air flow.     

基于EVSEWT的下击暴流时变平均风提取

下击暴流等极端风具有强烈的非平稳特性,给风场特性分析、结构响应计算带来挑战。根据经验将非平稳风分为时变平均风和零均值脉动风分别进行分析,是处理非平稳风速信号的有效方法。分析了几种常见时变均值提取方法的优缺点,在此基础上提出一种基于能量波谷寻找的经验小波变换方法,用于下击暴流时变平均风速提取,并将提取的时变平均风和脉动风用于分析某幢高层建筑顶部位移响应。对2组下击暴流的分析结果得出：与经验模态分解和离散小波变换方法相比,基于能量波谷寻找的经验小波变换方法模型提取的时变平均风更符合预期,对应的结构响应偏于安全。     

Analysis of tiltrotor whirl flutter in time and frequency domain

The whirl flutter phenomenon in a rotor is induced by in-plane hub forces, and imposes a serious limit on the forward speed. In this paper, based on Greenberg’s model, quasi-steady and unsteady aerodynamic forces are formulated to examine the whirl flutter stability for a three-bladed rotor without flexible wing modes. Numerical results are obtained in both time and frequency domains. Generalized eigenvalue solution is utilized to estimate the whirl flutter stability in the frequency domain, and Runge-Kutta method is used to analyze it in time domain. The effects of varying the pylon spring stiffness and the swashplate geometric control coupling upon the flutter boundary are investigated. An optimum pitch-flap coupling parameter is discovered through the parametric study. Aeroelastic stability boundaries are estimated with the three different aerodynamic models. It is found that the analysis with the full unsteady aerodynamics predicts the highest flutter speed.     

基于二次相关的超声波风速风向测量方法

为解决超声波测风仪存在的抑制噪声能力不足、受环境温湿度等影响导致稳定性差等问题,提出一种基于二次相关算法的三阵元超声波测风方法。首先结合超声波测风原理设计了一种三阵元测风结构,该结构包含3个收发一体式超声波换能器;其次依据该系统结构给出一种基于二次相关的超声波传播时间测量方法,利用二次相关算法对噪声抑制更强的性能可有效提高风速风向测量的精度,并从理论上说明了所提测风方法不受超声波本身传播速度即环境温湿度对其的影响。最后通过模拟仿真实验和搭建的实际测量系统对所提方法进行了有效性验证。在实际测量中风速风向角的最大测量误差分别为2.0%和2.1°,基本达到了超声波风速风向测量的精度要求。     

Modal parameter identification in atmospheric turbulence excitation flutter test based on Hilbert-Huang transform

In flutter tests, particularly in wind tunnel experiments, the aircraft model is generally excited by atmospheric turbulence, which increases the difficulty in precisely identifying the modal parameters. To estimate the modal parameters under turbulence excitation for flutter boundary prediction, a technique was developed and evaluated depending on the Hilbert-Huang transform in this paper. The results of simulated flutter cases show that the developed technique can identify modal frequencies more precisely than the modal damping ratio, while the estimation of the modal damping ratio is quite good. Finally, in a wind tunnel flutter test, good flutter boundaries were predicted in advance by using the modal parameters identified from the turbulence response at low airspeeds.

     

变风速运行控制下风电传动系统的动态特性

基于齿轮系统动力学的方法对风电传动系统进行研究。运用基于自回归模型的线性滤波法(Auto-regressive,AR)建立的风速模型对实际风场的随机风速进行模拟;根据风力发电机在实际情况中的运行控制策略获得风力发电机齿轮传动系统的时变输入转矩激励;综合考虑风力发电机齿轮传动系统中各个齿轮副的时变啮合刚度、各个滚动轴承的刚度、各个轮齿综合啮合误差等内部激励,采用集中参数质量法建立风力发电机齿轮传动系统的耦合动力学模型;在此基础上建立风力发电机齿轮传动系统的动力学微分方程并进行仿真计算,分别求解风力发电机齿轮传动系统的固有频率、振动响应、动态啮合力和滚动轴承动态轴承力。研究结果为风力发电机传动系统的动态性能优化设计和可靠性设计奠定了基础。     

高性能风洞颤振模型的性能精确制造研究

复合材料结构相似风洞颤振模型是一种先进的颤振模型结构形式,对于新一代飞机研制所必经的风洞颤振试验有重要意义。对于先进的风洞颤振模型,其模型外形几何参数以及整体刚度、刚度分布、整体质量、质量分布等特征参数均有较高的精确性要求,加之复合材料性能组成复杂,加工性能较差,传统制造方法不能实现对于该类产品的性能参数的精确保证,因此需要新的制造方法。针对复合材料结构相似风洞颤振模型的制造难题,利用复合材料的力学性能可设计性,实现对于颤振模型性能参数的精确保证,并提出了一种针对模型性能参数的精确制造方法。以此方法制造了一系列机翼,尾翼颤振模型。工程实践证明,该方法可以有效保证颤振模型的几何与性能特征参数的精确性。     

基于双阵元超声波接收阵列的风矢量测量

针对当前超声波测风仪测量精度不高及抑制噪声干扰能力不强的问题,提出了一种双阵元超声波接收阵列结构及基于该结构的风矢量测量方法.首先,设计了一种基于超声波测风原理的风速风向测量系统结构,该结构中包含一个超声波发射阵元和两个超声波接收阵元;然后,依据该系统结构给出了一种基于相关方法的超声波时延估计算法,根据超声波传输时间与...     

Nonlinear acoustic diametral modes of pressure pulsations during flutter of rotor blades of a turbocompressor

Features of pressure pulsations of flow during flutter on the bending frequency of rotor blades of an axial turbocompressor, which occurs after incomplete resonance at the torsion frequency of blades with a harmonic of rotor speed, are investigated. The frequency spectrum of nonlinear acoustic diametral modes is predicted, based on Navier-Stokes equations ensemble-averaged. This makes it possible to identify characteristic series determined by the bending frequency of flutter and its second harmonic in the frequency spectrum for recording the pressure pulsation of flow during flutter along with harmonics of rotor speed. The occurrence the second harmonic of the bending frequency is the nonlinear reaction of flow, which locally limits the flutter amplitude in time.     

高速列车横风作用下的非定常气动载荷计算模拟

为模拟横风环境下高速列车所受气动载荷,选择Karman修正风速谱为目标谱,采用线性滤波法（AR模型）模拟了随列车移动点的脉动风速时程。基于风速风压关系,分析了气动载荷的计算方法,引入气动导纳函数,计算了高速列车横风作用下的非定常气动载荷,最后通过MATLAB编程实现非定常气动力的模拟。通过对列车运行速度70 m/s、平均风速为25 m/s工况下的脉动风速及非定常气动力的计算模拟,结果表明,风速时程能量主要集中在0~3 Hz频域段,与列车系统固有的一些振动频率相近,存在引起列车系统共振、引发倾覆事件的可能。     

基于高阶累积量的阵列式超声波传感器风速风向测量

针对现有超声波测风系统在实际应用中环境噪声抑制效果差、风速和风向测量精度不高的问题,提出了一种基于高阶累积量的阵列式超声波传感器风速风向测量方法。所提方法采用一种由一个超声波发射阵元和五个超声波接收阵元组成的阵列式超声波测风系统结构,并在此系统结构上,采用基于高阶累积量的多重信号分类(MUSIC)算法,抑制高斯白噪声及高斯色噪声的干扰,实现高斯混合噪声下风速风向的有效测量。所提方法与应用相关算法的测风方法相比,具有更高的噪声抑制能力及更高的风速风向测量精度。最后通过仿真实验与实测数据验证实验对所提方法的有效性进行了验证与分析,实验结果表明风速和风向角的测量误差分别为2.3%和-2°,基本达到了超声波测风方法的技术要求。     

考虑ARMA风速模型半直驱风电行星齿轮传动系统动力学分析

针对半直驱风电行星齿轮系统的变速变载的特点,考虑风速变化引起的外部载荷激励,采用自回归-滑动平均(ARMA)方法建立模拟风速模型,在考虑时变啮合刚度、啮合阻尼等因素的基础上,采用集中参数法建立了行星齿轮传动系统平移-扭转耦合动力学模型。并采用四阶龙格-库塔法,求解1.5 MW半直驱风力发电行星齿轮传动系统的动态响应。     

基于气弹模型风洞试验的输电塔气动阻尼研究

输电塔挂线和不挂线情况下的气动阻尼比是精确进行其风振响应评估的重要参数。基于完全气弹模型风洞试验测试得到的位移与加速度响应时程,结合使用经验模态分解法(empirical mode decomposition,简称EMD)、小波分析和随机减量方法(random decrement technology,简称RDT)以及Hilbert变换识别了输电塔在挂线和不挂线情况下各阶振型结构阻尼比和气动阻尼比,分析输电塔在挂线和不挂线情况下结构阻尼比和气动阻尼比的变化规律。结果显示,输电塔挂线时的结构阻尼比比不挂线情况要大;输电塔的气动阻尼比随各阶振型频率的增加而减小,随着风速的增加而增加。最后,采用最小二乘法拟合得到了在试验风速条件下气动阻尼比的经验公式。     

随机风载作用下风力发电机齿轮传动系统动态可靠性分析

运用最小二乘支持向量机(Sparse least squares support vector machines,SLS-SVM)机器学习方法建立风场随机风速模型,根据随机风速模型和空气动力学理论得到随机风引起的系统外部载荷激励,建立考虑齿轮时变啮合刚度和滚动轴承时变刚度的风力发电机行星齿轮传动系统齿轮—轴承耦合动力学模型,并对动力学模型进行仿真计算,分别得到各齿轮副的动态啮合力和滚动轴承动态接触力。以此为基础,将载荷作用过程视为随机过程,推导出随机载荷作用下的等效载荷累计分布函数。根据应力—强度干涉理论建立风力发电机齿轮传动系统各齿轮和轴承的动态可靠性模型,利用二阶矩和摄动方法求出各齿轮、轴承的动态可靠性指标,并计算出动态可靠度,研究各齿轮、轴承和传动系统的动态可靠度随时间的变化规律,为风力发电机齿轮传动系统动态可靠性设计奠定了基础。     

Modal parameter estimation and monitoring for on-line flight flutter analysis

The clearance of the flight envelope of a new airplane by means of flight flutter testing is time consuming and expensive. Most common approach is to track the modal damping ratios during a number of flight conditions, and hence the accuracy of the damping estimates plays a crucial role. However, aircraft manufacturers desire to decrease the flight flutter testing time for practical, safety and economical reasons by evolving from discrete flight test points to a more continuous flight test pattern. Therefore, this paper presents an approach that provides modal parameter estimation and monitoring for an aircraft with a slowly time-varying structural behaviour that will be observed during a faster and more continuous exploration of the flight envelope. The proposed identification approach estimates the modal parameters directly from input/output Fourier data. This avoids the need for an averaging-based pre-processing of the data, which becomes inapplicable in the case that only short data records are measured. Instead of using a Hanning window to reduce effects of leakage, these transient effects are modelled simultaneously with the dynamical behaviour of the airplane. The method is validated for the monitoring of the system poles during flight flutter testing.     

风轮机输出特性模拟系统的实现

针对风轮机输出特性模拟系统展开了的软硬件设计及应用.采用VC++编程提供人机交互界面,输入风速时变数据,会得到理想的风轮机的转速、功率、转矩曲线.利用交流异步电机变频调速系统,模拟现场风况并带动风轮的转动,建立起一个模拟实验平台,提供了在实验室内进行变速恒频等风力发电技术研究工作的条件.应用所设计的风舱输出特性模拟系统,拖动30kW的风力发电机进行实验,从而验证了变频调速异步电机模拟风轮输出特性的方案的可行性与实用性.     

变风速条件下风力机轴承故障特征提取

针对风速变化条件下风力发电机轴承故障特征的检测问题,提出了一种基于灰狼优化( GWO )和双稳态杜芬振荡器的随机共振( SR )的故障特征提取方法.首先,根据风速估计故障特征信号的频率,通过合适的采样频率采集风力发电机的振动信号并对采集的信号做归一化处理.随后,根据风速尺度引入变换系数对频率 时间尺度进行变换.此外,利用灰狼算法方法将杜芬振子的阻尼比和系统参数调整到最优值.最后,通过杜芬系统和尺度恢复获得可识别信号.结果表明,所提出的方法能提取原始信号中的故障特征信号.