基于工作模态辨识的高速飞行器运输约束动载荷辨识技术研究

在运输振动测量数据基础上,本文提出了基于工作模态辨识的高速飞行器运输约束动载荷辨识方法。首先,详细介绍了ERA(Eigensystem Realization Algorithm)环境激励模态辨识方法的理论和载荷辨识时域方法的理论;其次,给出了飞行器结构动力学建模方法;再次,提出了基于工作模态辨识的高速飞行器运输约束动载荷辨识计算工作流程,详细分析了各操作步骤;最后,通过算例验证了方法的可行性,其中,基于振动测量数据,采用环境激励模态辨识方法辨识各时刻的模态,包括模态频率和模态振型,再利用振动响应的模态叠加原理和模态正交理论,获取各时刻飞行器低阶模态的响应,再结合模态剪力和模态弯矩进行动载荷识别,采用载荷识别方法获取了高速飞行器约束点的约束载荷时域历程。

集成化背景下的航天装备研发与管理模式策略研究

随着电子技术、信息技术、网络技术的飞速发展,未来航天装备呈现智能化、网络化、自动化的发展趋势,其设计模式也由传统的分立式单机设计向集成化设计模式转变。因此,如何建立一种适用于集成化背景下的航天装备研发与管理模式,形成可将集成化产品研发过程中的设计、工艺、质量、制造、持续改进等环节高效整合的管理体系显得越来越迫切。本文通过调研国内外集成化背景下的研发与管理模式,梳理了集成化产品在研发与管理模式下的发展脉络和发展策略.

基于线性叠加原理的战术导弹挂飞约束载荷辨识方法研究

随着战术导弹使用边界的拓展,对相关结构疲劳寿命评估的需求变得愈发迫切。针对挂飞约束载荷辨识需求,提出一种基于线性叠加原理的辨识方法,并给出了具体实施步骤。该方法以全弹有限元建模为前提,分别基于静力平衡原理及频响函数关系辨识静、动载荷分量,并采用线性叠加原理求解约束载荷合力。结合某型空基战术导弹疲劳分析实例,辨识出了其在平稳挂飞工况下的约束载荷,证实了该方法简洁高效、通用性强。

固体火箭发动机连接结构接触应力研究

应用接触理论和有限元方法，分析固体火箭发动机法兰连接结构的接触问题。建立了法兰连接结构的有限元模型，充分考虑了连接螺栓预紧力对结构刚度的影响，将其合理地转化为等效节点初载荷。推导出在法兰对接面上有气密性要求时求解最佳预紧力的公式。最后通过实例进行了接触应力计算。结果表明，采用的分析方法和由此得出的结论具有一定的工程意义。

结构可靠度计算的一种新方法

在纽曼随机有限元法的基础上，提出了用格拉马－沙尔勒叶级数来拟合结构响应的概率密度函数，并通过数值积分计算结构的可靠度。算例表明，本文方法可利用较小的样本容量获得较高的计算精度，并具有较高的计算效率。

Neumann 随机有限元法计算涡轮叶片的可靠度

推导了具有随机性时Ｎｅｕｍａｎｎ随机有限元法的基本方程，用级数来拟合结构响应的概率密度函数，并通过数值积分计算结构的可靠度。对涡轮叶片的可靠度分析表明，该方法可利用较小的样本容量获得较高的计算精度，并具有较高的计算效率。

运载火箭级间分离面接触分析

根据接触理论 ,运用非线性有限元方法对运载火箭的级间分离面进行了三种载荷工况作用下的接触分析。通过计算 ,给出了分离面上的接触力分布、爆炸螺栓的拉力以及最佳预紧力的值。结果表明 ,本文方法和所得结论具有一定的工程应用价值。

结构可靠性分析的拟对数正态分布法

鉴于现有结构可靠性分析方法的不足，本文提出了拟对数正态分布法。对数正态分布较正态分布有更丰富的分布形态，用它可统一地描述结构可靠性分析中遇到的各类随机变量，并能克服等效正态分布法在应用范围等方面的局限性。算例表明，该方法能较好地拟合结构可靠性分析中各类概率分布。

航天飞行器飞行模态辨识技术应用及展望

介绍了航天飞行器飞行模态辨识的应用案例和研究展望。首先,阐述了飞行模态辨识的意义和国内外研究现状,给出了美国Ares I-X火箭飞行模态辨识应用的案例,据此分析了该案例对后续研究的启示;最后详细阐述了飞行模态辨识应用的展望,将后续研究分为三个阶段,从现有算法研究及鲁棒增强,到针对飞行环境的飞行模态辨识算法的开发,再到飞行器弹性智能控制的应用。

某型导弹折叠弹翼的结构可靠性分析

推导了材料、几何形状、载荷均为随机变量时Ｎｅｕｍａｎｎ随机有限元法的基本方程，提出以其计算得到的结构响应的各阶矩为基础，用级数来拟合结构响应的概率密度函数，并通过数值积分计算结构的可靠度。对折叠弹翼的结构可靠度分析表明，本文方法可利用较小的样本容量获得较高的计算精度，并具有较高的计算效率。

典型航天结构连接刚度辨识及建模方法研究

航天结构中不同舱段间一般通过螺栓连接为整体,连接结构改变了舱段间的刚度特性,进而影响整体结构的动力学特性,如导致结构在重力及非重力方向模态频率相差较大等现象。以典型航天结构中螺栓连接结构的刚度辨识为研究目标,采用薄层单元法进行等效建模,通过神经网络近似模型辨识出螺栓连接结构的刚度。识别后的连接刚度参数可以有效体现舱段连接的动力学特征,模态计算结果与试验结果的误差在工程合理范围内,可以用于指导航天结构的动特性设计。

电动空气舵执行机构建模与参数辨识

针对使用机电作动器(EMA)的飞行器空气舵执行机构模型确认需求,考虑舵轴弹性及机构中的干摩擦,通过综合两自由度(DOF)开环动力学方程和EMA伺服系统PID控制器,建立了执行机构五阶传递函数(TF)模型。根据TF特征,提出了模型参数约束条件下,采用频率响应函数(FRF)测量数据辨识TF模型参数的改进正交多项式拟合法,完成了参数辨识。辨识结果表明:两自由度动力学模型比一般广泛采用的单自由度模型更准确地反映了空气舵执行机构动力学特征;本文提出的改进正交多项式拟合法可以实现位置跟踪系统TF参数辨识,辨识模型FRF曲线与实测数据吻合良好。

考虑弹性的导弹倾斜发射动力学研究

针对导弹离轨安全性问题,研究了考虑弹性响应的导弹倾斜发射过程,以及导弹质量特性和发射角度的影响。提出了导弹倾斜发射动力学模型,其中考虑了离轨时刻导弹弹性变形释放产生的弹性响应和动载荷,以及离轨后低速飞行过程中的气动力,建立了导弹的结构动力学模型。通过算例研究了导弹离轨动力学模型的可行性,获得了导弹质量特性参数和发射角度对动力学和弹性响应的影响。研究发现,导弹离轨前,弹体在重力和前后滑块支撑力作用下发生弹性变形,在离轨时刻弹性释放,产生弹性响应,使得弹体受到动载荷;导弹质量和惯量对刚体运动影响较大,导弹质量和惯量越大,沉浮运动和俯仰运动响应越大,且分别呈现线性和非线性趋势;发射角度越大,导弹的沉浮运动、俯仰运动以及弹性响应越小。

激励模式对导弹振动响应传递特性的影响分析研究

针对传递特性与激励模式相关性较强的问题,研究了不同激励模式对导弹振动响应传递特性的影响,并给出了基于传递特性进行振动响应预示的最佳方法;分析了振动响应传递特性理论;建立了完备的导弹模型;根据导弹自主飞行的噪声激励特点,设置了六种激励工况,进行了导弹各关键位置的振动响应传递特性研究;研究发现:对于激励形式比较一致的工况,响应传递特性基本一致,其差异性与距离跨度有关;在使用传递特性和已知响应预示其他位置的响应时,应使用靠近已知响应位置的传递特性,即使用跨度小的传递。

基于时序的导弹武器系统环境适应性分析方法

目前导弹武器系统的环境适应性分析方法主要是基于剖面分析的定性分析,分析结果比较依赖个人经验,某些情况下可能无法全面识别风险,并且出现反复发作的环境适应性问题。基于此,文中开展了相关研究,全面、合理地分析导弹武器系统的环境适应性,提升装备质量特性水平。提出了基于时序的武器装备环境适应性分析方法,给出了基于时序的环境要素分析方法、产品要素分析方法和基于研制流程的工程实施方法。将该方法应用于某战术导弹,发现了63项环境适应性风险,其中有3项影响成败,通过采取针对性改进措施确保了首飞和后续多发飞行试验任务连续成功。该方法可以充分暴露武器系统环境适应性风险,并且可以作为一种风险识别方法应用到试验充分性分析和测试覆盖性分析中,具有重要的工程应用和推广价值。

薄壁结构后屈曲应力分析

研究薄壁结构的蒙皮因压、剪失稳后的承力特性和后屈曲有限元分析方法。文中给出了翘曲四边形的非对角张力场有限元计算模型和相应的张力场单元刚度矩阵，并进行了实验验证。最后通过若干实例说明了方法和程序的可靠性及实用性。

战术导弹内部分支结构动力学建模

基于模型导弹的结构参数,通过有限元方法计算了6种建模方法对应模型的模态,研究了导弹内部分支结构动力学建模的6种方法对全弹模态计算结果的影响。研究发现:考虑分支结构对全弹刚度的影响时,模态计算结果与试验结果较接近;另外细化考虑导弹对分支结构的约束效果时,模态计算结果最接近试验结果。

航天器结构可靠性安全系数设计方法研究

火箭、导弹等航天器结构安全系数是强度设计考虑的关键参数,是设计载荷与使用载荷的比值,通常考虑材料性能散差、载荷计算偏差、结构零部件的制造工艺水平和稳定性等。目前航天器结构强度校核基本沿用传统的确定性安全系数方法,这种方法简单、可靠,但是随着航天器总体设计技术的发展和国际商业航天市场竞争的白热化,结构减重需求日趋增强,对安全系数进行精细化设计成为了一个重要的研究课题。基于此,本文开展了基于结构可靠性的航天器结构安全系数设计方法研究,给出了基于应力强度干涉模型的可靠性安全系数设计方法和设计流程,提出了基于总体偏差概率设计的航天器飞行载荷变差系数确定方法,给出了基于试验和数值仿真的导弹强度变差系数工程设计方法,可实现航天器结构安全系数精细化设计、结构减重,对提升航天器总体性能和运载能力具有重要的意义。

基于随机有限元的导弹振动环境试验设计研究

针对传统方法制定出的试验条件余量未知的缺点,本文研究了基于随机有限元的导弹振动环境试验条件设计方法。首先,给出了研究方案。其次,为了使用基于传递特性方法预示振动响应,基于导弹梁模型,研究了自主飞行过程中外部气动噪声激励模式对动态响应传递特性的影响,确定了模拟导弹自由飞行过程的动态响应传递特性计算方法。最后,通过算例研究了使用随机有限元方法模拟结构偏差引起的结构动特性变异,并且对比了最高预示环境计算方法的传统方法和本文方法。研究发现,本文方法不仅可以考虑结构各偏差对动特性的影响,另外可以克服传统方法中余量可靠性未知的缺点。

基于滑动时域窗和ERA的模态阻尼比辨识技术研究

在使用环境激励进行模态辨识时,模态阻尼比辨识结果往往散布较大,其随辨识信号长度和不同信号段的影响较大;针对时不变系统,提出了采用带重复宽度的时域滑动窗口与统计方法结合的模态阻尼比辨识方法,提高模态阻尼比的辨识精度和稳定性;首先,详细介绍了ERA环境激励模态辨识方法的理论;其次,给出了时域滑动窗口与统计方法结合的模态阻尼比辨识方法以及工作流程;最后,通过算例验证了时域滑动窗口与统计方法结合的模态阻尼比辨识方法,并分析了其对信号噪声量级和信号信息量的鲁棒性。