[发明专利]一种风洞支杆的前后置抑振器协同抑振方法

说明书

本发明一种风洞支杆的前后置抑振器协同抑振方法属于风洞实验技术领域，涉及一种针对风洞试验中风洞模型振动的前后置抑振器协同抑振系统。该方法采用加速度传感器将所测得的加速度信号作为反馈信号，经数据采集卡的采集和传输，利用控制器中特定的控制算法解算出分别作用在前置、后置抑振器上控制信号，即计算出两组抑振器的力矩分配，经各自功率放大器进行信号放大，传输至前置、后置抑振器组。这种方法将传统的支杆两段式结构变为支杆三段式结构，实现对抑振器的控制进而实现风洞模型振动主动抑制，并消除转角偏差。该方法增加支杆力学模型的柔性，灵活性好、可调性强；适合风洞实验的实际测量。

技术领域

本发明属于风洞实验技术领域，涉及一种针对风洞试验中风洞模型振动的前置-后置抑振器协同抑振系统。

背景技术

风洞实验指在风洞中安置飞行器或其他物体模型，研究气体流动及其与模型的相互作用，以了解实际飞行器或其他物体的空气动力学特性的一种空气动力实验方法。通过风洞试验，获取实验数据，这是现代飞机、导弹、火箭等研制定型和生产的重要手段和必要环节。

风洞试验过程中，通常采用模型支架来支撑。其中尾部支撑采用支杆、天平和支架相连的结构。由于尾部支撑系统可以提高模型试验的攻角，减小支架对天平测力的干扰，国内风洞中一般采用这种支撑方式。支杆从模型尾部插入机身，与天平连接，模型固定在天平上，形成悬臂式结构。但是由于尾部支撑的支杆长度一般是模型长度的三到五倍，该悬臂梁结构的系统刚度较低，在进行风洞实验时模型受到频率范围较宽的气动载荷激励，模型-支杆系统会在一阶固有振动频率处产生低频、大振幅的振动。使得在支杆末端的飞行器产生位移偏差和转角偏差，影响风洞测力试验数据的精确度。且振动时间过长或者振动幅度过大时还会造成试验模型的破坏。因此，必须采用有效的技术措施来抑制试验模型系统的振动，并且保证尾端飞行器攻角和位移满足试验要求具有十分重大的意义。

2007年NASA NTF研究所S.Balakrishna等人在《Development of a Wind TunnelActive Vibration Reduction System》中提出了采用测力天平作为振动信号采集器并将采集的信号作为反馈信号实现模型振动的主动控制。但是天平信号非常微弱，极易受到高压压电陶瓷驱动信号的干扰，且风洞环境复杂，具有强电场与强磁场，影响到振动信号的反馈，进而造成高压压电陶瓷抑振器控制的不准确，影响振动抑制的效果。2013年南京航空航天大学涂凡凡、宋静、陈卫东等人在《人工神经网络在压电主动减振系统中的应用研究》和《基于迭代学习控制的振动主动控制技术研究》中采用加速度传感器采集振动信号并反馈给控制器来实现模型振动的主动控制。但是该方案仅在支杆一处安装压电抑振器，要保证在某时刻飞行器转角和位移均消除偏差，需要满足：

整理得，

其中，M为待求的压电抑振器需要输出的位移，L为支杆长度，I为是截面惯矩。两个方程、一个未知量M，当且仅当两式线性，即θ₀L＝2x₀时方程有解。而在实际试验中，这种情况只是某一瞬间出现的特例，不具有代表性。因此，仅用一组压电抑振器，不能同时保证消除飞行器转角和位移均消除偏差，影响抑振器控制的准确性，进而影响对风洞模型数据的有效性。

发明内容