[发明专利]一种带控制面的三自由度机翼的颤振边界预测方法

说明书

技术领域

本发明涉颤振边界预测技术领域，具体涉及一种带控制面的三自由度机翼的颤振边界预测方法。

背景技术

颤振试验是飞行器设计工作中必需的一个重要环节，通过试验得到的颤振边界能够确定飞行器的飞行包线，进而评判飞行器性能与保障飞行安全。

颤振试验中常用的颤振边界预测方法是速度-阻尼比外推法，在不同风速下采集振动响应信号识别不同模态的频率与阻尼比，拟合危险模态的阻尼比相对于风速的变化曲线，外推曲线得到阻尼比降为零风速即为颤振速度。

然而阻尼比与风速并非线性的关系，通常情况下，危险模态的阻尼比只在靠近颤振边界的风速时才有下降趋势，这将不利于颤振边界的提前预测，特别地，对于突发型颤振，速度-阻尼比外推法可能会失去预测颤振边界的能力。

此外，因为受到噪声的影响，阻尼比的识别不可避免地将具有一定的误差，而速度-阻尼法仅以阻尼比作为外推依据，这种误差将在外推过程中放大，很容易造成外推失真。

Zimmerman and Weissenburger提出了一种Z-W方法，可以进行典型机翼弯扭耦合的颤振边界预测，然而该方法只适用于二元机翼，对带控制面的三自由度机翼并不适用。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术中，速度-阻尼法无法较早预测三自由度颤振边界的问题，本发明通过识别模态参数，并通过模态参数获得稳定判据，对稳定判据进行直线拟合外推，获得误差较小的颤振预测边界。

技术方案：一种带控制面的三自由度机翼的颤振边界预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1)在固定风速值下，通过模态参数识别方法识别机翼的沉浮、俯仰与控制面偏转三个模态的频率ω_i参数与阻尼比g_i参数；

步骤2)采用步骤1)中获得的三个模态的参数构造特征方程式s⁶+A₅s⁵+A₄s⁴+A₃s³+A₂s²+A₁s+A₀＝0，特征方程的特征系数A的计算公式如下：

其中：

A₀、A₁、A₂、A₃、A₄、A₅分别是特征方程的系数；

i、j、k分别是叠加运算的系数，具体数值为叠加运算符上的数值；

步骤3)根据劳斯稳定判据，由以上特征系数A计算劳斯表前两列系数，其计算公式如下：

其中，

P₁₁为劳斯列表第一行第一列；

P₂₁为劳斯列表第二行第一列；P₂₂为劳斯列表第二行第二列；

P₃₁为劳斯列表第三行第一列；P₃₂为劳斯列表第三行第二列；

P₄₁为劳斯列表第四行第一列；P₄₂为劳斯列表第四行第二列；

P₅₁为劳斯列表第五行第一列；

步骤4)由劳斯表系数计算出稳定性判据F₃：

步骤5)给定判定值N，0<N<1；

选取两个不同数值的风速，数值分别为X、Y，选取测量风速值为Z；

步骤6)利用步骤1)到步骤4)分别计算风速值X、Y、Z的稳定性判据；根据步骤5)中三个风速值和其分别对应的稳定性判据值，绘制稳定性判据值相对于风速的变化曲线，进行直线拟合并外推出F₃降为0时的风速S,设定该风速S作为此刻测量风速下的预测颤振边界速度，即预测颤振边界速度为S；

步骤7)设定替换风速T，T值大于X、Y、Z中的最大值；用替换风速T替换更新X、Y、Z中的最小值，重复步骤5)-7)，直到预测颤振边界速度S与替换风速T的差值小于判定值N；此时认定预测颤振边界速度S为临界点。

进一步的，判定值N＝0.5，选择可以根据判定值控制误差，判定值越小，误差越小。判定值可以根据需要进行调节，这里的N＝0.5为优选判定值。