振动传递路径频域分析方法研究进展

飞机、汽车等复杂系统的过度振动常常会造成结构的局部破坏。而传递路径分析(TPA)方法是研究系统振动主要工具之一,常用来分析这类振动的各路径振动贡献量,辨识振动的主要来源。经过近40年的发展,TPA方法已经衍生出了传统传递路径分析(CTPA)、工况传递路径分析(OTPA/OPA)、拓展工况传递路径分析(OPAX)、快速传递路径分析(FTPA)、多级传递路径分析(MTPA),混合传递路径分析(HTPA),逆子结构传递路径分析(ITPA)以及全局直接传递率(GTDT)等8种方法。为了在振动传递问题分析中更好地理解和应用不同TPA方法,回顾了这些方法的历史,归纳总结了其基本原理和特点,比较研究了不同TPA方法的应用情况;最后结合大型客机座椅舒适性研究,讨论了各种TPA方法的适用性,并对TPA方法未来的发展作了展望。

发动机振动载荷向客舱座椅传递特性研究

航空发动机是影响客机乘坐舒适性的主要振源之一,研究发动机振动对座椅振动响应的贡献将为客机振动舒适性设计及发动机隔振安装提供基础数据。为此,建立了客机中机身舱段-双梁机翼动力学模型,基于发动机典型振动载荷谱,仿真分析了机翼前后梁关键节点和座椅连接点的加速度响应,辨识了发动机振动向客舱传递的主路径。基于工况传递路径分析(OTPA)方法,比较研究了发动机前后挂点振动对客舱不同座椅垂向加速度响应的贡献量大小;探索了翼梁结构振动传递的三维信息。结果表明:在起飞和巡航状态下,发动机振动低压转子基频分量对座椅垂向响应影响最大,此时发动机前挂点激励的贡献率分别约为71%和67%;而空中慢车状态下,发动机振动的高压转子基频分量及其3/2倍频分量对座椅垂向响应的影响相对较大,且发动机前挂点激励的贡献率分别约为45%和60%;另外,发动机振动主要通过机翼前梁向座椅连接点垂向传递,且机翼前后梁垂向、绕机身纵向和横向转动方向也是振动传递主要方向。

自适应模糊控制在抑制海上漂浮式风力机振动响应中的应用

海上漂浮式风力机是一个复杂的刚-柔耦合非线性系统,难以建立其精确的动力学模型,无法利用常规控制方式提高风力机的抗风浪干扰能力。为解决此问题,采用自适应模糊控制器(AFC)抑制漂浮式风力机的动力响应。引入2个修正因子对模糊规则进行优选,得到了传统模糊控制器(FC);为应对漂浮式风力机工作过程中平衡位置变化和结构参数摄动情况,在FC基础上增加了自适应模块,设计了一种AFC,并对其有效性进行了验证;在随机风浪扰动和叶片桨距控制系统耦合作用下,研究了不同控制策略对海上漂浮式风力机振动响应的抑制效果。仿真结果表明,目标值改变时,AFC对目标值的跟踪能力明显优于FC;随机风浪扰动作用下,相对于被动控制策略,AFC对平台俯仰(PFPI)运动功率谱密度(PSD)峰值的抑制效果可提高39%。

大型回转网状天线风阻计算及其对动平衡影响研究

在地面动平衡配平试验中,由于大型回转网状天线主反射器受风阻的影响,卫星天线难以得到正确配平结果。为了解决这一问题,对大型回转网状天线在低压环境与地面标准大气压环境中风阻影响下的动平衡问题进行了研究。以理论分析及圆柱绕流二维试验数据为基础,提出了基于CFD三维流场分析的大型回转网状天线风阻计算方法,将回转状态下网状天线主反射器的分布风阻等效为作用点位于各象限的主矢、主矩,进而通过动力学等效法转化为配平面上的偏心质量,为估算风阻对大型网状天线动平衡精度的影响从而补偿风阻效应提供了一条可行的创新途径。结合某型星载网状天线地面动平衡需求,建立了网状天线的整体有限元模型,进行了地面动平衡配平试验仿真,分析了风阻对天线地面动平衡配平结果的影响,为补偿风阻影响、保证天线在轨配平精度提供了重要数据。

混合质量阻尼器在海上漂浮式风力机振动响应抑制中的应用

针对海上漂浮式风力机在风浪激励下产生较大振动响应的问题,采用混合质量阻尼器(Hybrid mass damper, HMD)主动控制系统抑制风力机的结构振动。基于拉格朗日能量方程建立Spar式风力机的气动-水动-结构-调谐质量阻尼器(Tunedmass damper, TMD)-HMD耦合动力学模型,并采用遗传算法优化TMD的刚度和阻尼系数;在机舱TMD上施加主动控制力,设计了变增益状态反馈H∞控制器,将控制器的求解问题转化为线性矩阵不等式的优化问题,从而得到最优主动控制力;研究了不同工况下HMD主动控制系统对风力机的减振效果。结果表明,相对于TMD被动控制系统,HMD主动控制系统能够进一步降低风力机的平台纵摇(Platform pitch, PFPI)运动和塔顶纵向(Tower top fore-aft, TTFA)挠度。