地面颤振试验系统动力学建模与控制仿真技术研究

发布时间：2020-07-05 12:11

【摘要】：气动弹性验证是飞行器结构设计过程中一个十分重要的环节。目前,国内气动弹性验证试验以风洞试验为主,风洞试验以缩比模型为研究对象,采用真实气流的气动力进行加载。地面颤振试验以真实结构为研究对象,利用激振器激励力来模拟飞行器受到的气动力。地面颤振模拟试验可作为传统风洞试验的补充,是一种极具生命力的颤振研究新方法。本文针对地面颤振试验系统研制需求,建立了非定常气动力时域快速计算模型、激振系统动力学模型、激振系统鲁棒控制器模型,以及完整的颤振试验全系统仿真分析模型,为颤振试验系统的研制提供技术支持。具体研究内容如下:为解决气动力工程算法无法进行气动力实时计算的问题,基于最小状态法将工程算法获得的气动力拟合为有理函数,进而获得了气动力时域快速计算模型。为解决气动力测量/加载点布置问题,开展了非定常气动减缩方法及测量点/激振点优化方法研究,基于曲面样条插值理论及遗传算法优化,实现了将非定常气动力减缩至有限个点上,并确定了测量/激振点位置。为保证气动力实时准确加载,在设计激振系统控制器之前,首先开展了激振系统建模方法研究。建立了激振系统机—电—磁耦合动力学模型,并给出模型参数辨识方法,最后通过仿真修正,提高了动力学模型精度。基于此模型,建立了多输入多输出激振系统的耦合动力学模型。为解决多输入多输出系统实时力控制问题,基于混合灵敏度方法设计了激振系统的鲁棒控制器,并以单个激振器为控制对象,编写了控制程序,通过cRIO控制器硬件实现了对空载激振器的实时控制。综合上述研究内容建立了颤振试验全系统仿真模型,基于此模型,开展了针对典型翼结构的仿真颤振分析,获得的颤振速度同ZAERO软件计算结果一致,验证了颤振试验系统中气动力实时计算、多输入多输出系统实时控制等关键技术的可行性。同时,基于全系统仿真模型还求解获得了系统稳定性边界以及影响系统稳定性的主要因素,为颤振试验系统研制提供有力支撑。
【学位授予单位】：中国航天科技集团公司第一研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V216.25

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本文编号：2742588