[发明专利]一种应用于风洞模型振动抑制的主动抑振装置

说明书

本发明提供的是一种应用于风洞模型振动抑制的主动抑振装置，包括三向加速度传感器、内部安装有压电陶瓷作动器的主动抑振模块、安装有控制系统软件的控制机柜；三向加速度传感器置于试验模型内部，测量由于风载激励产生的试验模型系统前两阶低频振动信号输出给控制机柜；控制机柜将信号离散采样后通过自适应反馈控制算法计算生成控制信号输出驱动主动抑振模块中的压电陶瓷作动器，通过控制俯仰和偏航的压电陶瓷组件的轴向位移，使试验模型分别产生俯仰振动和偏航振动或者二者的耦合振动。本发明能实现前两阶模态振动的解耦控制，有效降低风洞试验模型由于风载激励产生的低频振动，不仅对低频线谱有效，同时对宽带随机激励也有较好的控制效果。

技术领域

本发明涉及的是一种主动抑振装置，具体是一种应用于航空航天工程的应用于风洞模型振动控制的主动抑振装置。

背景技术

风洞试验一般采用尾撑方式，试验模型通过内置式天平、天平支杆固定安装于中间支架上，中间支架安装在风洞试验段的后部，这样构成的试验模型系统是一个典型的悬臂式结构。在风洞试验过程中，受非定常气动力的作用，悬臂式的试验模型系统会产生低阶的模态振动，而试验模型由于位于悬臂结构的自由端，其振动的幅值最大。大幅的低频振动除了会危害气动试验数据的精准度，还会导致试验模型系统的疲劳破坏，因此需要采用振动控制的手段来解决风洞试验模型由于风载激励产生的低频振动问题。一般而言，风洞模型振动控制分为主动和被动两种方式，但被动的方法只能对特定的工况进行控制、减振效果不理想。因此，采用适应性较强的振动主动控制技术是目前最具工程实用意义的技术途径。

现有用于风洞模型振动控制的主动抑振系统主要采用惯性式电磁作动器或压电陶瓷组件。如“陈卫东，邵敏强，杨兴华等，跨声速风洞测力模型主动减振系统的试验研究，振动工程学报，2007，20(1)：91-96”描述了基于惯性式电磁激振器的风洞模型主动减振系统，取得了70％以上的主动减振效果，但是这种作动方式将作动机构直接装载于试验模型的内部结构空腔，因此不同的试验模型需要分别考虑作动机构的设计和安装问题；而Fehren H，Gnauert U，Wimmel R，Validation testing with the active damping systemin the European Transonic Wind Tunnel，AIAA 2001-0610(Fehren H等，欧洲跨声速风洞主动阻尼系统的有效性验证试验，AIAA 2001-0610)、Balakrishna S，Houlden H，ButlerD H，and White R，Development of a wind tunnel active vibration reductionsystem，AIAA 2007-961(Balakrishna S等，风洞主动抑振系统的进展，AIAA 2007-961)和Balakrishna S&Butler D H，Acheson M J，White R，Design and performance of anactive sting damper for the NASA common research model，AIAA 2011-953(Balakrishna S等，NASA常用研究模型的主动支杆阻尼的设计及性能，AIAA 2011-953)中描述的主动抑振系统，都采用压电陶瓷作动器，通过作动机构的结构设计将压电堆作动器的轴向运动放大并转变成试验模型的俯仰和偏航运动，这样主动地调节压电陶瓷组件的驱动电压可以控制试验模型的俯仰/偏航振动响应。这种作动机构结构紧凑，可以安装在天平支杆的首端或尾部，无需针对不同的试验模型进行专门地结构设计，但缺点是无法对试验模型的俯仰和偏航振动进行解耦控制，不同压电陶瓷组件工作时会互相影响，控制系统复杂、稳定性和可靠性受到影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能有效降低风洞试验模型由于风载激励产生的低频振动，不仅对低频线谱有效，同时对宽带随机激励也有较好的控制效果的应用于风洞模型振动抑制的主动抑振装置。

本发明的目的是这样实现的：