含间隙飞行器折叠舵面的尺寸链分析

间隙在飞行器折叠舵面中普遍存在,会显著影响结构系统的动态行为,给折叠舵面的动力学建模与特性预示带来巨大挑战。针对含间隙飞行器折叠舵面的结构设计问题,从控制间隙特征、改善工作性能的角度出发,以间隙为目标尺寸,综合考虑间隙的产生机理,提出基于矢量环法的折叠舵面尺寸链分析方法,来获取间隙对相关尺寸的敏感度以及相关尺寸对间隙的贡献度指标。以典型含间隙折叠舵面为例,结合其实际工作原理构建尺寸链,分别采用所提出的矢量环法和计算机辅助的统计分析法进行尺寸链分析,两者所得的各相关尺寸的敏感度和贡献度指标相互吻合,验证了基于矢量环法进行折叠舵面尺寸链分析的可行性,可为折叠舵面的间隙特征设计优化提供技术支撑。

基础激励下含间隙折叠舵面非线性系统辨识

间隙在飞行器折叠舵面中普遍存在且不易准确描述,通过辨识方法获得间隙的真实非线性特性具有重要意义。基于直接参数估计方法建立基础激励下含间隙非线性系统辨识模型,利用相对速度和相对位移的多项式表征非线性系统的恢复力;引入显著因子剔除多项式中影响度较低的基函数,采用最小二乘求解得出恢复力多项式中各项系数,由不同自由度之间的相对关系组装出整个系统的辨识模型;通过比较基于辨识模型的系统响应和实测系统响应之间的均方误差来评价辨识精度。基础激励下含间隙三自由度结构系统数值算例的辨识结果表明:含间隙非线性系统的恢复力可通过增加刚度立方项进行准确逼近;选取折叠舵面上两处测点分别在无间隙和有间隙的工况下进行辨识,辨识所得运动方程均能较好地描述两测点的动力学特性,对含间隙折叠舵面非线性系统的离散化建模与动力学分析具有重要工程意义。

有间隙折叠舵面的振动实验与非线性建模研究

针对折叠舵面内、外舵铰接处存在的间隙对地面振动响应的影响及间隙处的非线性建模方法展开研究.消除间隙,利用锤击法对线性折叠舵面进行模态实验,得到了前五阶模态参数;打开间隙,进行振动台扫频基础激励,实验结果表明间隙的存在会使结构的动力学响应产生非线性现象,如正反向扫描差异、跳跃、多谐波及频率漂移.非线性的影响主要体现在一阶弯曲模态上,激励量级的增大和间隙的减小均会使基频增大,且逐渐趋向于无间隙的结果,但对第二阶扭转模态的影响与第一阶相比较小.建立了折叠舵面的有限元模型.提出了一种适用于具有集中非线性的折叠机构的模型缩减方法,并对舵面进行了模态缩减.根据Hertz接触理论,用具有线性和3/2次刚度组合形式的非线性扭转弹簧来模拟铰接处的间隙和接触.通过比较锤击实验与数值计算得到的前四阶频率和振型对模型的线性部分进行验证.通过Bathe两子步隐式复合算法计算基础激励下非线性结构的动力学响应,得到的传递函数可以模拟实验中出现的频率变化特征,验证了连接处非线性建模方法的合理性.

基于模态综合法的含间隙折叠舵面动态特性分析

基于模态综合法对含间隙折叠舵面的非线性动态特性进行了研究。首先根据折叠舵面的结构特性建立含铰链连接的有限元模型,并采用双协调自由界面模态综合法对折叠舵面的有限元模型进行降阶。其次对不含间隙的折叠舵面进行扫频和模态实验,检验有限元模型及其降阶动力学模型的精度,并基于模型修正得到铰链的等效线性连接刚度。最后将等效线性连接刚度和间隙值进行组合,得到不同间隙下铰链的非线性连接刚度,完成含间隙折叠舵面的非线性动力学模型建立。基于非线性动力学模型对含间隙折叠舵面进行数值扫频,计算结果与实验扫频结果吻合良好,验证了所建立非线性动力学模型的精度及其在含间隙折叠舵面非线性动态特性分析中的可行性。

含间隙折叠舵面的主共振响应分析

研究了含间隙折叠舵面的主共振响应.建立具有沉浮和俯仰间隙的二元舵面振动微分方程,两个运动方向受到同频简谐外激力.采用平均法求解系统的主共振周期解,结合数值法对方程组进行数值求解,研究系统主共振,得到振动幅频响应曲线.分析间隙、外激力、固定预载对于折叠舵面主共振的影响,结果表明:随着间隙增大,主共振响应曲线整体向左移动,非线性特点越来越突出,开始出现振幅跳跃和滞后现象;随着外激力增大,间隙范围内响应所占比例降低,非线性的影响也随之降低,系统振动特点接近线性;随着固定预载增大,共振形态变化较大.