Экспериментальный модальный анализ летательных аппаратов на основе монофазных колебаний

Модальные испытания летательных аппаратов (ЛА) проводятся с целью определения собственных частот, форм, обобщенных масс и характеристик демпфирования собственных тонов колебаний. Эти модальные параметры используются в оценках эксплуатационной нагруженности, обеспечении прочности, управляемости и аэроупругой устойчивости ЛА. Предлагаемый способ испытаний относится к классическому экспериментальному модальному анализу динамических систем. Для его реализации выделяются собственные тона колебаний конструкции в заданном частотном диапазоне методом фазового резонанса путем использования многоканальной системы возбуждения и измерения колебаний. Определяются собственные частоты тонов по фазовым резонансам. По соотношениям между вынужденными монофазными и собственными колебаниями выявляются диссипативные свойства динамической системы. Так, если монофазные колебания при монофазном возбуждении совпадают с собственными на частотах, отличающихся от собственных частот, то колебания конструкции по каждому собственному тону описываются уравнением движения линейного осциллятора. Параметрами осциллятора являются обобщенная масса, обобщенное демпфирование и обобщенная жесткость соответствующего тона. Определение параметров осциллятора производится по амплитудно-частотной характеристике конструкции в окрестности частоты фазового резонанса из условия минимума различия обобщенных сил, реализующих одинаковые амплитуды колебаний конструкции и осциллятора. Если же монофазные колебания при монофазном возбуждении не существуют или не совпадают с собственными колебаниями, то для определения модальных параметров используется немонофазное возбуждение. Достоинствами такого способа идентификации модальных характеристик конструкций является обоснованность принимаемой модели демпфирования, низкая чувствительность к погрешностям измерений колебаний в процессе испытаний и к взаимному влиянию тонов с близкими собственными частотами, а также возможность оценки достоверности определения обобщенных масс и жесткостей через частоты фазовых резонансов. Достоверность определяемых предложенным способом обобщенных характеристик собственных тонов колебаний подтверждена результатами модальных испытаний динамически подобной модели самолета Ту-334 и натурных изделий Су-30, Як-152 и агрегата космического аппарата.