颤振与极限环预测应用研究

1144766066 · 发表于 2022-5-6 15:50:24

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颤振是飞行器飞行中发生事故较多，且常导致灾难性后果的一种气动弹性动不稳定现象。高风险高成本的飞行颤振试验，是飞行器防颤振设计中不可或缺的最终环节。随着挂载状态的增加以及非线性题目的日益突出，经典的颤振现象在非线性气动弹性系统中可能被极限环振荡所取代，试验的周期与成本大幅增加。利用有限的亚临界试验数据来准确预测颤振临界稳定边界显得意义重大，保证试验安全的同时有利于节省时间资金成本。本文旨在针对颤振风洞试验和飞行试验的需求，开展颤振与极限环预测方法研究，设计高效而且性能可靠的颤振与极限环预测系统。研究重点是基于试验数据建立统一的气动弹性变参预测模型，采用鲁棒µ分析方法对颤振和极限环进行预测；另外应用模态阻尼外推法和颤振余量法等传统的预测方法进行对照。下面将研究思路及内容概括成三点：（1）模态参数辨识技术是基于试验数据的预测方法应用的前提，需要识别出主要模态的极点信息。本文主要应用了PolyMAX方法进行模态辨识，能够用于试验模态分析和工作模态分析。（2）完全基于试验数据的鲁棒颤振预测方法，辨识出的模态信息将通过构建一组标准正交基的方式整合到预测模型中，综合应用Block-Oriented辨识技术，线性分式变换，鲁棒结构奇异值μ分析方法等手段建立气动弹性变参预测模型。另外结合考虑不确定度的理论模型，搭建起适用于鲁棒μ分析的系统模型框架。在方法研究的基础上，进行预测系统软件设计，集成多种基于试验数据的传统方法与鲁棒预测方法。利用仿真试验数据，对预测方法的有效性进行了验证。（3）引入非线性反馈因子，将鲁棒颤振预测思路拓展到极限环。建立鲁棒稳定性分析模型，利用Block-Oriented非线性模型辨识技术、正弦输入描述函数等方法实现对颤振与极限环的统一快速预测，最后应用仿真实例对其进行了验证。

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