一种通过限制旋转运动抑制舵面颤振的方法

技术领域

本发明属于机翼动力学耦合试验技术领域，具体涉及一种能抑制飞行器机翼模型舵面颤振的方法。

背景技术

飞行器在颤振试飞试验中，飞行速度超过临界点时，飞行器结构系统在一个振动周期内从气流中获得的能量就会大于结构内部阻尼耗散的能量，飞行器局部结构的振动幅度会发散性地增长，从而破坏飞行器结构，也就是发生了所谓的颤振现象。飞行器的舵面颤振是由于舵面的旋转模态与结构的其他模态耦合产生的，所以抑制了舵面旋转运动就可以抑制飞行器的舵面旋转颤振。在颤振风洞试验中可以通过防护绳等手段进行颤振防护，而当试验场地中不方便安装防护绳时，本发明就可以抑制舵面的旋转运动来规避舵面颤振。本发明提供的装置和方法可以在飞行器即将发生舵面颤振时，限制舵面的旋转运动，来规避颤振，可以更好地保护飞行器的结构。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，公开了一种通过限制旋转运动抑制舵面颤振的方法，本发明的方法能够抑制舵面的旋转运动来规避舵面颤振，可以在飞行器即将发生舵面颤振时，限制舵面的旋转运动，来规避颤振，可以更好地保护飞行器的结构。

本发明是这样实现的：

一种通过限制旋转运动抑制舵面颤振的方法，其特征在于，所述的方法为：

1)、判断舵面是否发生颤振；

2)、在风洞试验中，目视机翼舵面振动情况，此时以直接目视的机翼振动情况为准，以振动响应数据分析结果为辅；当机翼舵面振动幅度增大并确认是舵面颤振的时候，开启舵面抑制装置，同时降低风洞吹风速度或者停止风洞吹风；；(通过目视确认的颤振判别没有明确的标准，通过数据分析判断的话则是以舵面旋转模态的阻尼为标准，阻尼下降且趋于0时判断此模态要发生颤振；)

3)、颤振飞行试验中，飞行器状况无法目视确认，对飞行器上安装的传感器收集到的数据进行分析，以此分析结果判断飞行器的振动情况；所述的分析方法为：用频谱分析、随机子空间辨识、矩阵束法参数辨识的方法进行相应数据分析；

4)、对采集到的振动响应数据信号进行分析处理之后，得到飞行器多个结构模态的参数，根据地面测试结果找到对应舵面的结构模态参数；

5)、观察舵面旋转模态的阻尼和振幅变化，当阻尼逐渐趋向于零，振幅发散性地增大时，即振动幅度越变越大的趋势，则认为即将发生舵面颤振，此时开启抑制器装置抑制舵面旋转运动，同时降低飞行器飞行速度，从而规避舵面颤振。(此处的“降低”，只需要比颤振发生时速度低一点即可，此处为确保安全规定低于颤振速度10％)。

进一步，在发生舵面颤振时，所述的抑制器装置抑制住颤振以后，判断当前舵面状态；如果飞行器系统并无故障，则降低飞行器空速，低于颤振速度，操纵抑制器装置复原，取消舵面旋转限制，此时舵面继续照常工作，飞行器可以继续飞行；

当舵面操纵系统故障导致舵面操纵刚度降低时，用抑制器装置维持正常操纵刚度，此时该舵面无法偏转，飞行器的操纵性能减弱，在装置开启的情况下逐渐降低飞行速度完成飞行器的着陆。(所述的正常操纵刚度为：舵面操纵系统在无故障时会对舵面施加力保证舵面本身不会随意旋转；当舵面操纵系统故障时，由抑制器装置代替其维持舵面刚度，使舵面在飞行过程中不会随意旋转)

进一步，所述的抑制器装置依次包括支撑臂、驱动杆、支撑框架、限动杆、限动块、舵面转轴；所述的舵面转轴上安装有限动杆，以及与限动杆同一轴线上限动块；限动块、限动杆、驱动杆处于同一轴线；

支撑框架、支撑臂、转轴支座均通过支臂固定在机翼后墙上，通过转轴支座固定舵面转轴；所述的支撑框架为带支臂的方形框，限动块位于方形框中；方形框上下两边的内表面上有棱条，平行于舵面转轴轴线，限动块可以在方形框中滑动。

进一步，所述的限动杆的一端是带有内六角形凹陷的圆柱，另一端是方形截面杆；限动块内部有凹槽，对应限动杆前端的方形截面杆。

进一步，所述的驱动杆为一个管状结构；管的外部有多条平行排布的棱条，形成齿轮形截面，内部有螺纹；驱动杆一端通过销钉与限动块连接，使两者在转轴线上以相同幅度平移；驱动杆外部棱条与一个使用电机驱动的齿轮啮合，电机通过支臂安装在支撑臂上，电机轴线与螺纹杆轴线平行；当电机启动，驱动杆在齿轮的带动下旋转，通过支撑臂上的螺纹柱完成转轴线上的平移运动，从而驱动限动块含住或放开限动杆。

进一步，在抑制器装置启动时，限动块含住限动杆；抑制器装置复原时，限动块与限动杆分开；

电机启动时，限动块会沿转轴轴线向限动杆移动；在限动块移动含住限动杆的过程中，限动杆(舵面)的旋转角度逐渐减小，直到停止转动；

飞行器的舵面颤振是由于舵面的旋转模态与结构的其他模态耦合产生的，抑制舵面旋转模态即可抑制飞行器的舵面旋转颤振；

对飞行器的振动响应信号进行分析，从中获取舵面旋转模态的参数，观察参数变化来判断是否发生舵面颤振。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

飞行器的舵面颤振是由于舵面的旋转模态与结构的其他模态耦合产生的，通过抑制舵面旋转模态来抑制飞行器的舵面旋转颤振。对飞行器的振动响应信号进行分析，从中获取舵面旋转模态的参数，观察参数变化来判断是否发生舵面颤振。本发明可以用在飞行器颤振试验中抑制机翼的舵面颤振。在舵面操纵系统运行正常时，可以降低飞行速度，复原抑制装置，飞行器照常飞行；而舵面故障使舵面操作刚度下降时，可以用本发明维持舵面刚度，帮助飞行器继续飞行安全着陆。

本发明提供一种能抑制机翼舵面旋转运动以规避颤振的方法，用于颤振试飞试验和颤振风洞试验中，抑制飞行器机翼舵面旋转，从而规避因此诱发的舵面颤振。

附图说明

图1为本发明一种通过限制旋转运动抑制舵面颤振的方法中带有抑制器的机翼；

图2为本发明一种通过限制旋转运动抑制舵面颤振的方法中抑制器AA平面剖面；

图3为本发明一种通过限制旋转运动抑制舵面颤振的方法中抑制器BB平面剖面；

图4为本发明一种通过限制旋转运动抑制舵面颤振的方法中舵面颤振抑制流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本发明进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，为抑制器装置与机翼舵面的俯视图。抑制器装置包括支撑框架，限动块，限动杆，驱动杆，操纵电机，支撑臂。支撑框架、支撑臂、转轴支座均通过支臂固定在机翼后墙上。限动块内部有凹槽，对应限动杆前端的方形截面杆。支撑框架为带支臂的方形框。方形框上下两边的内表面上有棱条，平行于舵面转轴轴线，限动块可以在方形框中滑动。驱动杆为一个管状结构。管的外部有棱条，形成齿轮形截面，内部有螺纹。驱动杆一端通过销钉与限动块连接，使两者在转轴线上以相同幅度平移。驱动杆外部棱条与一个使用电机驱动的齿轮啮合，电机安装在支撑臂上，电机轴线与螺纹杆轴线平行。限动块、限动杆、驱动杆处于同一轴线。当电机启动，驱动杆在齿轮的带动下旋转，通过螺纹柱完成转轴线上的平移运动，从而驱动限动块含住或放开限动杆。

如图2、3所示，为抑制器不同方向的剖面，限动杆在转轴末端随转轴一起旋转运动，限动块方向不变，并且可以沿转轴方向移动。从图3中可以看出，限动块中的凹槽两边有坡面，坡面最大宽度大于限动杆最大旋转角度(本例中设为30度)，坡面的角度与限动杆母线的坡度一致，在限动杆逐渐被限动块凹槽含住时，其旋转方向受到约束，旋转角度逐渐变小，直到两者咬合，限动杆连带转轴停止转动，达到抑制舵面颤振的目的。

如图4所示，抑制器装置是否开启，何时开启由现场试验人员判断。以风洞试验为例，试验人员可以目视到机翼舵面振动情况，此时，以直接目视的机翼舵面振动情况为准，同时以振动响应数据分析结果作为辅助判定标准。当确认到机翼舵面振动幅度增大的时候，开启舵面抑制装置，同时试验人员直接停止风洞，规避颤振。

而在颤振飞行试验中，飞行器状况无法目视确认，此时对飞行器上安装的传感器收集到的数据进行分析，以此分析结果判断飞行器的振动情况。用频谱分析、随机子空间辨识、矩阵束法参数辨识等方法进行相应数据分析。对采集到的振动响应数据信号进行处理之后，得到飞行器多个结构模态的参数，根据地面测试结果找到对应舵面的结构模态参数。观察舵面旋转模态的阻尼和振幅变化，当阻尼逐渐趋向于零，振幅发散性地增大时，则认为即将发生舵面颤振，此时开启抑制器装置抑制舵面旋转运动，同时降低飞行器飞行速度，从而规避舵面颤振。

本发明提供的装置，在发生舵面颤振时，用该装置抑制住颤振以后，判断当前舵面状态。如果飞行器系统并无故障，那么降低飞行器空速，远离颤振速度，操纵抑制器装置复原，取消舵面旋转限制，此时舵面可以继续照常工作，飞行器可以继续飞行；而当舵面操纵系统故障导致舵面操纵刚度降低时，用该装置维持正常操纵刚度，此时该舵面无法偏转，飞行器的操纵性能将有所影响，可以在装置开启的情况下逐渐降低飞行速度完成飞行器的着陆。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。