基于某大型飞机稳定裕度试飞的激励信号研究

随着电传飞机的出现,气动伺服弹性试飞及飞控稳性试飞成为必然.因此,如何在飞机的伺服控制系统中加入适合的激励信号,以计算出准确的稳定裕度,成为稳定裕度科目试飞的关键.某大型飞机飞控系统复杂,可借鉴经验少,传统的颤振激励系统信号生成方法无法保障气动伺服弹性试飞及飞控稳定性试飞.经过研究,设计出了与其飞控系统相匹配的激励信号,满足了该型飞机的气动伺服弹性及飞控稳定性试飞,并为后续其他型号的ASE及飞控稳定性试飞奠定了基础,节约了飞行试验成本.     

民用飞机气动伺服弹性试飞激励响应仿真研究

为提高民用飞机气动伺服弹性试飞仿真预测能力,实现高效安全的民用飞机气动伺服弹性试飞。在民用飞机气动伺服弹性试飞方法的基础上,提出民用飞机气动伺服弹性试飞激励响应仿真方法。该方法以民用飞机全机动力学有限元模型为基础,建立带飞行控制律的飞机气动伺服弹性模型,通过副翼、升降舵和方向舵的激励分别实现对飞机的激励响应仿真,得到飞机结构响应量值。为进一步验证该方法的可行性,进行某民用飞机副翼脉冲激励响应仿真,并将仿真响应结果与试飞结果对比,响应幅值相差15.3%,满足工程要求。民用飞机气动伺服弹性试飞仿真很好地预测试飞激励的飞机响应,为试飞激励信号的优化以及结构响应的评估提供技术参考。     

多参考最小二乘复频域法的数值问题分析及优化

分析多参考最小二乘复频域法在实际应用中的数值问题,提出一种多参考最小二乘复频域优化方法.由于实际系统阶次未知,为了避免模态遗漏,需先过估计系统阶次.通过理论与数值分析发现:由于系统阶次过估计,识别过程需要对奇异矩阵进行伪逆计算,伪逆计算方法和参数的选择对识别结果有很大影响.利用特征值分解计算奇异矩阵Ro的伪逆矩阵,通过...     

频域颤振μ分析的连续性及复摄动方法研究

摘 要：经典的线性颤振分析方法需要求解颤振特征值问题,并需要对特征值进行跟踪排序,以消除在确定颤振临界点时可能出现的颤振模态分支的“窜支”问题,从而影响了颤振分析的效率及自动化程度。为避免此问题,根据现代鲁棒控制理论,提出了一种直接利用频域气动力的μ-ω方法;在气动弹性方程中,引入速压摄动,建立μ分析框架,从而可采用频域μ分析进行颤振临界点预测,无需求解颤振特征值问题。注意到速压摄动量必须为实参数的要求,使得结构奇异值μ可能存在不连续性;针对此问题,对一个二元机翼气动弹性系统,采用定常气动力模型,进行解析分析的结果表明,仅允许实数摄动时,μ不连续性的确存在;但若允许复数摄动,则可以解决该问题;且计算结果表明,本文提出的复摄动μ-ω方法是一种具有很好精度的频域颤振分析方法。     

气动伺服弹性系统结构陷幅滤波器优化设计

为解决飞机气动伺服弹性耦合频率低且随飞机重量构型变化大,使用结构陷幅滤波器改善飞机气动伺服弹性稳定性易于影响飞机操稳特性的问题,建立了一种基于多目标遗传算法的结构陷幅滤波器优化设计方法。以气动伺服弹性系统的弹性模态频响峰值最小作为优化目标,刚体模态频响特性作为设计约束,通过设计罚函数修正个体适应度对陷幅滤波器的频率与阻尼参数进行优化。结果表明:该文方法能够兼顾飞机的气动伺服弹性与刚体运动特性,有利于充分利用高增益控制系统提升飞行性能。     

环境激励下基于小波变换和奇异值分解的结构模态参数识别

采用小波变换和奇异值分解相结合的方法对环境激励下结构的模态参数进行识别.首先对环境激励下的时不变结构的加速度响应进行协方差分析得到时域协方差响应,利用小波变换将协方差响应转换到时/频域中,沿每一个尺度点提取协方差响应的小波系数阵,然后对提取的小波系数阵进行奇异值分解得到奇异值和奇异向量,最后从重构的奇异值和奇异向量中识别出结构的模态参数.文章通过3自由度系统数值算例分析了该方法的抗噪性能,结果表明该方法具有很好的抗噪能力,在15 dB噪声干扰下能够稳定和准确地识别出结构的模态参数,且比直接用小波变换方法识别的结果更准确;并通过东海大桥主航道斜拉桥模态参数识别的例子进一步验证该方法的实际应用可行性.     

高超声速气动热弹性分析降阶研究

高超声速气动热弹性分析涉及流场、结构场和热力场间的相互耦合,计算复杂且耗时长。根据分层求解策略提出了一种基于降阶模型的高超声速气动热弹性分析框架。分别采用系统辨识法和本征正交分解法对高超声速气动力和气动热建立降阶模型,并与模态叠加法耦合实现热配平状态下气动热弹性问题的快速计算。以典型高超声速三维机翼为例,预测热结构的颤振动压,并与全阶流-固-热耦合计算结果对比吻合较好。所提出的气动热弹性分析框架提高了计算效率,而且精度高,可应用于工程分析中。     

基于HHT方法的非稳定工况风力机结构动态响应时频特性分析

风速变化剧烈的湍流风场、开机启动、偏航以及紧急停机等典型非稳定运行工况均会增强风力机非线性气动弹性响应,时域和频域的结构动力学响应具有十分明显的非平稳特征。为此,基于湍流风谱和相干结构,建立了速度和方向均剧烈波动的湍流风,在气动-伺服-弹性仿真软件FAST中计算了风力机非稳定工况下的动力学特性,并与GH Bladed计算结果对比,验证了结果的有效性。使用HHT方法分析了塔架和叶片位移的时频特性,结果表明:开机启动阶段塔架和叶片位移均小幅振荡约40 s后急剧增加,紧急停机均剧烈振荡约20 s后恢复平稳,偏航导致塔尖侧向位移明显上升。塔架位移响应频率主要集中于一阶振动频率,偏航时幅值增大明显。风轮旋转频率为叶尖摆振的主要谐振动频率,叶片一阶摆振频率受到相干结构影响,紧急停机时由于负气动阻尼影响而使得幅值增大,叶片设计时应适当增大阻尼以减小气动阻尼迅速降低带来的振幅急速增加现象。     

基于结构动力学方法的气动弹性分析

摘 要：对于气动与弹性的耦合模型,给出气动力的频域公式,并表示成有理多项式,通过等价的变换,能够推导出与结构动力学方程完全相似的、关于求解变量的二阶常微分方程组。于是,可以在计算结构动力学框架下实现气动弹性问题的分析和计算。此方法将通用计算结构动力学程序的功能与试验或数值分析得到的气动力模型相结合,简化了气动弹性的耦合分析、提高计算效率。     

非线性气动弹性系统的鲁棒稳定性分析

基于结构奇异值理论和特征多项式的值域方法,研究了带有结构和气动参数不确定性的非线性二元机翼的鲁棒稳定性问题.机翼模型包括非线性的扭转弹簧和能够反映失速效应的非线性气动模型.针对零摄动,使用肛方法分析线性化系统在平衡点的鲁棒稳定性.针对非零摄动,将平衡点位置看作关于不确定参数的函数并展开为泰勒级数,从而在μ方法的框架下考虑平衡点的不确定性.此外,计算不确定特征多项式的值域范围,并使用除零条件来判断其鲁棒稳定性.仿真数值结果给出了鲁棒颤振速度的上下界,表明了方法的有效性.     

干气密封系统角向摆动的稳定性及其振动响应

干气密封系统角向摆动改变了动静密封环间的微尺度间隙,进而影响了干气密封的密封性能,建立了角向振动下气膜-密封环系统的动力学模型,应用微扰法和龙格-库塔法求解气膜角向刚度、临界转动惯量和角向摆动的二维振动方程,获得了密封系统稳定时的密封结构参数范围,并分析了最佳稳定点和临界点振动响应。研究结果表明:在特例中螺旋角α=75°邻域内,存在着稳定区域α=74°30′06″-75°16′10″,其最佳值为αopt=74°53′48″。最佳稳定点振动响应为准周期运动,而临界点振动响应发生了混沌运动。     

时滞位移反馈作用下多自由度微陀螺的刚度非线性及控制研究

为揭示多自由度微陀螺非线性系统中位移反馈项对系统动力学特性的影响规律,探索对非线性的控制方法,以一类四自由度静电驱动微机械陀螺为研究对象,采用多尺度法对微陀螺受控系统在频域和时域中的动力学特性进行了分析。研究发现:时滞量为整周期或半周期时反馈增益可有效的对系统共振频率进行调节;时滞量为四分之一或四分之三周期时,反馈增益主要影响幅值大小,共振频率基本保持不变;反馈控制参数选取得当可消除非线性引起的多稳态解,增加陀螺的灵敏度稳定性,选取不当会导致系统出现复杂的概周期运动使灵敏度稳定性遭到破坏。     

被动隔振体产生混沌的参数条件研究

本文建立了被动隔振体的非线性动力学方程;根据非线性动力学理论,对被动隔振体系统的奇点分布和稳定性进行了研究;利用混沌动力学理论,对被动隔振体产生混沌的参数条件进行了研究和分析;得出了不同隔振材料所对应的被动隔振体产生混沌的参数条件和产生混沌的分界线。     

微尺度输流管道考虑热效应的流固耦合振动分析

研究热环境中输送微流体的微尺度管道流固耦合振动问题。根据线性热弹性理论建立系统振动控制方程,并利用复模态法对其进行求解,得到了系统的固有频率和屈曲失稳临界流速,讨论了温度变化、微尺度效应及管道壁厚对系统振动特性的影响。研究结果表明：提高环境温度会降低系统的固有频率和临界流速;管道和流体的微尺度效应分别会使临界流速升高和降低,但微流体的这种影响会随着温度的升高而逐渐减弱并最终消失;管壁较薄（外径接近微尺度特征尺寸）时,壁厚的变化对固有频率的影响很大,而管壁较厚时,温度变化对固有频率的影响更为明显。     

一种基于改进的傅立叶变换的弱故障信号特征提取新方法研究

弱信号特征提取一直是故障诊断领域的难点,文章结合传统傅立叶变换,提出一种将时间序列变换为频域,再从频域转换到时域的复数域,并对该复数域进行幅值计算的方法对弱信号进行特征提取。通过仿真计算发现该方法突出了信号的局部特征信息,不仅能对夹杂在信号中的微弱冲击成分进行较好的再现,而且也能在强背景噪声环境下提取微弱故障信息。最后通过齿轮齿面接触型故障实验验证了该方法的有效性。     

Structured pseudospectra in structural engineering

This paper presents a new method for computing the pseudospectra of a matrix that respects a prescribed sparsity structure. The pseudospectrum is defined as the set of points in the complex plane to which an eigenvalue of the matrix can be shifted by a perturbation of a certain size. A canonical form for sparsity preserving perturbations is given and a computable formula for the corresponding structured pseudospectra is derived. This formula relates the computation of structured pseudospectra to the computation of the structured singular value (ssv) of an associated matrix. Although the computation of the ssv in general is an NP‐hard problem, algorithms for its approximation are available and demonstrate good performance when applied to the computation of structured pseudospectra of medium‐sized or highly sparse matrices. The method is applied to a wing vibration problem, where it is compared with the matrix polynomial approach, and to the stability analysis of truss structures. New measures for the vulnerability of a truss structure are proposed, which are related to the ‘distance to singularity’ of the associated stiffness matrix. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于改进VMD的风电齿轮箱不平衡故障特征提取

变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)是一种不同于递归式模态分解新方法,具有优良的频率剖分特性,但其在处理信号时受分量个数影响严重,通过主观经验难以合理设置该参数。针对该问题,利用奇异值分解清晰的信噪分辨能力,根据奇异值最佳有效秩阶次自动搜寻VMD的分量个数,提出了一种改进变分模态分解的风电齿轮箱不平衡故障特征提取方法。通过仿真信号及轴不平衡实验信号对该方法进行了验证,并将其应用于风电齿轮箱稳定工况下的现场故障诊断中,均成功提取出微弱特征频率信息,实现对齿轮箱不平衡故障的有效判别,具有一定可靠性。     

基于幂次趋近律滑模控制的H桥逆变器复杂动力学行为研究

基于幂次趋近律的滑模控制具有响应速度快、对噪声干扰和参数摄动不敏感等特点,在H桥逆变器的控制中得到广泛应用。然而,滑模控制的H桥逆变器是一种非线性控制的时变非线性系统,必然表现出强的复杂的动力学行为,控制参数和电路参数的选取将影响系统工作的稳定性。分析该系统的工作过程,运用频闪映射法建立系统的一阶离散模型;采用折叠图和频谱图的方法分析了系统在不同控制参数α和k下的复杂动力学行为,发现一种多种倍数的倍周期状态同时存在的特殊分岔现象,并通过分析输出波形峰值和谷值附近采样的分岔图进行了一一验证。运用快变稳定性定理对系统工作的稳定性进行进一步的分析,研究结果为系统控制参数的合理选择提供重要依据。研究发现输入电压E、负载电感L与电阻R等外部电路参数的选取对系统的稳定性能有重要的影响。因此,研究结论对基于幂次趋近律滑模控制的H桥逆变器的设计和调试提供了可靠的参考,具有一定的理论意义和实际的工程价值。     

非线性伺服气动弹性的时域数值模拟

运用非定常流场求解器 ,直接求解翼面作任意运动的时域非定常气动力。将拉氏域内的伺服传递函数转化成时域内的伺服状态方程。通过时域气动力、结构状态方程和伺服状态方程的耦合求解 ,实现伺服气动弹性的时域数值模拟。可以方便地模拟如跨音速、大迎角及高超音速等带有不同非线性的伺服气动弹性响应。通过数值模拟发现 ,伺服系统会降低原有气动弹性系统的稳定性 ,结构陷波器的引入可以减弱伺服系统和结构模态的耦合。应用算例给出了大迎角下翼面的极限环响应和 M=7时伺服颤振速度随迎角变化的非线性特性。     

基于敏感性分析的协方差随机子空间方法参数优化

在工作模态分析中,结构模态的准确识别在包括结构健康监测在内的许多应用中至关重要.该文基于敏感性分析,研究了模型系统阶数N和Toeplitz矩阵行块数i在协方差驱动随机子空间法(covariance-driven stochastic subspace identification,SSI-Cov)中对模态识别结果的影响...