Экспериментальный модальный анализ летательных аппаратов на основе монофазных колебаний
Автор: Бернс Владимир Андреевич, Жуков Егор Павлович, Маринин Дмитрий Александрович, Маленкова Валерия Васильевна
Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc
Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 4-1 т.20, 2018 года.
Бесплатный доступ
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.
Летательный аппарат, экспериментальный модальный анализ, фазовый резонанс, собственные колебания, монофазные колебания, собственная частота, обобщенная масса, обобщенное демпфирование
Короткий адрес: https://sciup.org/148314014
IDR: 148314014 | УДК: 629.7.018.4
Experimental modal analysis of aircrafts on the basis of monophasic vibrations
Modal tests of aircrafts are carried out in order to determine eigenfrequencies, modes, generalized masses and damping characteristics of eigentones. These modal parameters are used to estimate the operational loading, strength, controllability and aeroelastic stability of the aircraft. The proposed test method refers to the classical experimental modal analysis of dynamic systems. To realize it, we separate the eigentones of structures in a given frequency range by the phase resonance method using a multichannel system of vibration excitation and measurement. The eigenfrequencies are determined by phase resonances. By the relations between the forced monophasic vibrations and eigenvibrations, the dissipative properties of the dynamic system are revealed. Thus, if monophasic vibrations on monophasic excitation coincide with eigenvibrations at frequencies that differ from eigenfrequencies, then the vibrations of the structure for each eigentone are described by the motion equation of the linear oscillator. The generalized mass, the generalized damping and the generalized stiffness of the corresponding tone are the oscillator parameters. The oscillator parameters are determined by the amplitude-frequency response of the structure in the neighborhood of the phase resonance frequency, from the condition of minimum differences of the generalized forces that realize the same structure and oscillator vibration amplitudes. If monophasic vibrations do not exist in monophasic excitation or do not coincide with the eigenvibrations, then nonmonophasic excitation is used to determine the modal parameters. Advantages of this structural modal characteristics identification method are the reasonableness of the adopted damping model, low sensitivity to vibration measurement errors during testing and to the mutual influence of the tones with close eigenfrequencies, and the possibility to estimate reliability of the generalized masses and stiffnesses determination through the phase resonance frequencies. The reliability of the eigentones generalized characteristics determined by the proposed method is confirmed by the modal test data on the Tu-334 airplane dynamically similar model and the full-scale products Su-30, Yak-152 and the spacecraft unit.
Список литературы Экспериментальный модальный анализ летательных аппаратов на основе монофазных колебаний
- О современных методиках наземных испытаний самолетов в аэроупругости / П.Г. Карклэ, В.А. Малютин, О.С. Мамедов, В.Н. Поповский, А.В. Смотров, В.И. Смыслов // Уч. записки ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, 2012,вып. 2708. 34 с.
- Dat R. Determination des modes propres d'une structure par essai de vibration aves excitation non appropriee // Rech. Aerosp. 1973. N. 2. P. 99-108.
- Dat R., Tretout R., Lafont M. Essais de vibration d'une structure comportaut du frottement sec // Rech. Aerosp. 1975. N. 3. P. 169-174.
- Микишев Г. Н., Рабинович Б.И. Динамика тонкостенных конструкций с отсеками, содержащими жидкость. М.: Машиностроение, 1971. - 564 с.
- Смыслов В.И. Некоторые вопросы методики многоточечного возбуждения при экспериментальном исследовании колебаний упругих конструкций // Уч. записки ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского. 1972. Т. III, № 5. С. 110-118.
