一種基于折疊舵面舵系統(tǒng)的模態(tài)分析方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種導彈舵系統(tǒng)的模態(tài)分析方法，特別是一種基于折疊舵面舵系統(tǒng)的模態(tài)分析方法。
【背景技術】
[0002]目前舵系統(tǒng)模態(tài)分析主要采用理論分析方法和實驗測試方法。理論分析方法一般是進行有限元建模、網(wǎng)格劃分及數(shù)值求解，從而獲得結構的固有頻率和主振型。實驗測試方法運用動態(tài)測試建立結構的物理參數(shù)模型，以實測數(shù)據(jù)為依據(jù)，得到系統(tǒng)的固有特性。理論分析方法建模速度快，計算簡便，但由于傳動鏈間隙、邊界條件等不易模擬，導致結果有可能偏離實際。模態(tài)試驗分析方法針對實物進行現(xiàn)場測試，因而求得的模態(tài)參數(shù)十分符合實物的實際情況，但常規(guī)試驗分析方法有可能丟失系統(tǒng)的主要模態(tài)或者由于振型不明顯導致結果判定誤差。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明目的在于提供一種基于折疊舵面舵系統(tǒng)的模態(tài)分析方法，解決舵系統(tǒng)模態(tài)分析中主模態(tài)易丟失和誤判的問題。
[0004]—種基于折疊舵面舵系統(tǒng)的模態(tài)分析方法，其具體步驟為:
第一步搭建模態(tài)測試分析系統(tǒng)
模態(tài)測試分析系統(tǒng)包括:激振器支架、激振器、地軌、舵片、力傳感器、舵艙、加速度計、便攜式計算機、數(shù)據(jù)采集裝置、舵機、功率放大器和風機。模態(tài)分析模塊運行在便攜式計算機上，模態(tài)分析模塊用于對舵系統(tǒng)進行模態(tài)預分析及對數(shù)據(jù)采集裝置采集的數(shù)據(jù)進行處理和驗證。
[0005]激振器支架與舵艙分別固定在地軌上，舵片固定在舵機的輸出軸上，力傳感器與加速度計粘附在舵片上，激振器固定在激振器支架上，激振器的激振桿與力傳感器固定，激振器的散熱口與風機的進氣管套接固定。
[0006]便攜式計算機與數(shù)據(jù)采集裝置雙向連接，數(shù)據(jù)采集裝置的輸出端與功率放大器的輸入端連接，功率放大器的輸出端與激振器的輸入端連接，力傳感器的輸出端和加速度計的輸出端與數(shù)據(jù)采集裝置的輸入端連接。
[0007]第二步模態(tài)分析模塊預判舵系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)
模態(tài)分析模塊建立舵系統(tǒng)的有限元三維模型，進行網(wǎng)格劃分，并依據(jù)導彈飛行狀態(tài)下的空氣動力學條件設定系統(tǒng)模型的邊界條件，系統(tǒng)邊界條件是將舵系統(tǒng)底部設置為固定約束，舵片具有旋轉自由度，根據(jù)有限元模態(tài)分析結果，讀取舵系統(tǒng)固有模態(tài)頻率和振型，固有模態(tài)頻率為試驗頻率范圍的設置提供參考，固有頻率包含在試驗頻率范圍之內，模態(tài)振型檢驗傳感器布置是否合理，傳感器粘附時于避開舵片振型的節(jié)點。
[0008]第三步激振器激勵舵系統(tǒng)
功率放大器依據(jù)便攜式計算機的激振力參數(shù)，控制激振器的激振力和激振頻率，舵系統(tǒng)受到外界激勵后產(chǎn)生振動，風機給激振器散熱。
[0009]第四步數(shù)據(jù)采集裝置采集測試數(shù)據(jù)
舵系統(tǒng)發(fā)生顫振后，數(shù)據(jù)采集裝置通過附著在舵系統(tǒng)表面的力傳感器和加速度計，采集激振力大小和舵片振動加速度信號，數(shù)據(jù)采集裝置將采集到的測試數(shù)據(jù)上傳給模態(tài)分析模塊。
[0010]第六步模態(tài)分析模塊判讀測試結果
數(shù)據(jù)采集裝置采集測試數(shù)據(jù)并得到舵系統(tǒng)頻響函數(shù)，由模態(tài)分析模塊分析舵系統(tǒng)動態(tài)特性，找出一階扭轉模態(tài)，得到舵系統(tǒng)的固有振型和頻率。
[0011]第七步模態(tài)分析模塊驗證模態(tài)純度
模態(tài)分析模塊確定便攜式計算機輸入信號與輸出信號之間的相位差以及無量綱的指示函數(shù)InvMIF，當舵系統(tǒng)在某一階固有頻率的激勵下發(fā)生相位共振時，舵系統(tǒng)頻響函數(shù)的虛部達到最大值，實部為零，輸入激振信號與輸出響應信號之間的相位差為90°，此時，InvMIF函數(shù)值為I，InvMIF函數(shù)值越接近I，則在該階固有頻率下所測模態(tài)純度越高。
[0012]本發(fā)明的模態(tài)分析方法可以準確識別舵系統(tǒng)主模態(tài)并區(qū)別彎扭模態(tài)，確定描述結構系統(tǒng)動態(tài)特性的固有頻率、阻尼比和振型等模態(tài)參數(shù)，提高模態(tài)辨識可靠度和準確度。
【附圖說明】
[0013]圖1一種基于折疊舵面舵系統(tǒng)的模態(tài)分析方法所述的模態(tài)測試分析系統(tǒng)機械示意圖；
圖2—種基于折疊舵面舵系統(tǒng)的模態(tài)分析方法所述的模態(tài)測試分析系統(tǒng)電路示意圖。
[0014]1.激振器支架2.激振器3.地軌4.舵片5.力傳感器6.舵艙7.加速度計
8.便攜式計算機9.模態(tài)分析模塊10.數(shù)據(jù)采集裝置11.舵機12.功率放大器13.風機。
【具體實施方式】
[0015]一種基于折疊舵面舵系統(tǒng)的模態(tài)分析方法，其具體步驟為:
第一步搭建模態(tài)測試分析系統(tǒng)
模態(tài)測試分析系統(tǒng)包括:激振器支架1、激振器2、地軌3、舵片4、力傳感器5、舵艙6、加速度計7、便攜式計算機8、數(shù)據(jù)采集裝置10、舵機11、功率放大器12和風機13。模態(tài)分析模塊9運行在便攜式計算機8上，模態(tài)分析模塊9用于對舵系統(tǒng)進行模態(tài)預分析及對數(shù)據(jù)采集裝置10采集的數(shù)據(jù)進行處理和驗證。
[0016]激振器支架I與舵艙6分別固定在地軌3上，舵片4固定在舵機11的輸出軸上，力傳感器5與加速度計7粘附在舵片4上，激振器2固定在激振器支架I上，激振器2的激振桿與力傳感器5固定，激振器2的散熱口與風機13的進氣管套接固定。
[0017]便攜式計算機8與數(shù)據(jù)采集裝置10雙向連接，數(shù)據(jù)采集裝置10的輸出端與功率放大器12的輸入端連接，功率放大器12的輸出端與激振器2的輸入端連接，力傳感器5的輸出端和加速度計7的輸出端與數(shù)據(jù)采集裝置10的輸入端連接。
[0018]第二步模態(tài)分析模塊9預判舵系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)
模態(tài)分析模塊9建立舵系統(tǒng)的有限元三維模型，進行網(wǎng)格劃分，并依據(jù)導彈飛行狀態(tài)下的空氣動力學條件設定系統(tǒng)模型的邊界條件，系統(tǒng)邊界條件是將舵系統(tǒng)底部設置為固定約束，舵片4具有旋轉自由度，根據(jù)有限元模態(tài)分析結果，讀取舵系統(tǒng)固有模態(tài)頻率和振型，固有模態(tài)頻率為試驗頻率范圍的設置提供參考，固有頻率包含在試驗頻率范圍之內，模態(tài)振型檢驗傳感器布置是否合理，傳感器粘附時于避開舵片4振型的節(jié)點。
[0019]第三步激振器2激勵舵系統(tǒng)
功率放大器12依據(jù)便攜式計算機8的激振力參數(shù)，控制激振器2的激振力和激振頻率，舵系統(tǒng)受到外界激勵后產(chǎn)生振動，風機13給激振器2散熱。
[0020]第四步數(shù)據(jù)采集裝置10采集測試數(shù)據(jù)
舵系統(tǒng)發(fā)生顫振后，數(shù)據(jù)采集裝置10通過附著在舵系統(tǒng)表面的力傳感器5和加速度計7，采集激振力大小和舵片4振動加速度信號，數(shù)據(jù)采集裝置10將采集到的測試數(shù)據(jù)上傳給模態(tài)分析模塊9。
[0021]第六步模態(tài)分析模塊9判讀測試結果
數(shù)據(jù)采集裝置10采集測試數(shù)據(jù)并得到舵系統(tǒng)頻響函數(shù)，由模態(tài)分析模塊9分析舵系統(tǒng)動態(tài)特性，找出一階扭轉模態(tài)，得到舵系統(tǒng)的固有振型和頻率。
[0022]第七步模態(tài)分析模塊9驗證模態(tài)純度
模態(tài)分析模塊9確定便攜式計算機8輸入信號與輸出信號之間的相位差以及無量綱的指示函數(shù)InvMIF，當舵系統(tǒng)在某一階固有頻率的激勵下發(fā)生相位共振時，舵系統(tǒng)頻響函數(shù)的虛部達到最大值，實部為零，輸入激振信號與輸出響應信號之間的相位差為90°，此時，InvMIF函數(shù)值為I，InvMIF函數(shù)值越接近I，則在該階固有頻率下所測模態(tài)純度越高。
【主權項】
1.一種基于折疊舵面舵系統(tǒng)的模態(tài)分析方法，其特征在于具體步驟為: 第一步搭建模態(tài)測試分析系統(tǒng) 模態(tài)測試分析系統(tǒng)包括:激振器支架(I)、激振器(2)、地軌(3)、舵片(4)、力傳感器(5)、舵艙(6 )、加速度計(7 )、便攜式計算機(8 )、數(shù)據(jù)采集裝置(10)、舵機(11)、功率放大器(12 )和風機(13);模態(tài)分析模塊(9)運行在便攜式計算機(8)上，模態(tài)分析模塊(9)用于對舵系統(tǒng)進行模態(tài)預分析及對數(shù)據(jù)采集裝置(10)采集的數(shù)據(jù)進行處理和驗證； 激振器支架(I)與舵艙(6)分別固定在地軌(3)上，舵片(4)固定在舵機(11)的輸出軸上，力傳感器(5)與加速度計(7)粘附在舵片(4)上，激振器(2)固定在激振器支架(I)上，激振器(2)的激振桿與力傳感器(5)固定，激振器(2)的散熱口與風機(13)的進氣管套接固定；便攜式計算機(8)與數(shù)據(jù)采集裝置(10)雙向連接，數(shù)據(jù)采集裝置(10)的輸出端與功率放大器(12)的輸入端連接，功率放大器(12)的輸出端與激振器(2)的輸入端連接，力傳感器(5 )的輸出端和加速度計(7 )的輸出端與數(shù)據(jù)采集裝置(1 )的輸入端連接； 第二步模態(tài)分析模塊(9)預判舵系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù) 模態(tài)分析模塊(9)建立舵系統(tǒng)的有限元三維模型，進行網(wǎng)格劃分，并依據(jù)導彈飛行狀態(tài)下的空氣動力學條件設定系統(tǒng)模型的邊界條件，系統(tǒng)邊界條件是將舵系統(tǒng)底部設置為固定約束，舵片(4)具有旋轉自由度，根據(jù)有限元模態(tài)分析結果，讀取舵系統(tǒng)固有模態(tài)頻率和振型，固有模態(tài)頻率為試驗頻率范圍的設置提供參考，固有頻率包含在試驗頻率范圍之內，模態(tài)振型檢驗傳感器布置是否合理，傳感器粘附時于避開舵片(4)振型的節(jié)點； 第三步激振器(2)激勵舵系統(tǒng) 功率放大器(12)依據(jù)便攜式計算機(8)的激振力參數(shù)，控制激振器(2)的激振力和激振頻率，舵系統(tǒng)受到外界激勵后產(chǎn)生振動，風機(13)給激振器(2)散熱； 第四步數(shù)據(jù)采集裝置(10)采集測試數(shù)據(jù) 舵系統(tǒng)發(fā)生顫振后，數(shù)據(jù)采集裝置(10)通過附著在舵系統(tǒng)表面的力傳感器(5)和加速度計(7)，采集激振力大小和舵片(4)振動加速度信號，數(shù)據(jù)采集裝置(10)將采集到的測試數(shù)據(jù)上傳給模態(tài)分析模塊(9); 第六步模態(tài)分析模塊(9)判讀測試結果 數(shù)據(jù)采集裝置(10)采集測試數(shù)據(jù)并得到舵系統(tǒng)頻響函數(shù)，由模態(tài)分析模塊(9)分析舵系統(tǒng)動態(tài)特性，找出一階扭轉模態(tài)，得到舵系統(tǒng)的固有振型和頻率； 第七步模態(tài)分析模塊(9)驗證模態(tài)純度 模態(tài)分析模塊(9)確定便攜式計算機(8)輸入信號與輸出信號之間的相位差以及無量綱的指示函數(shù)InvMIF，當舵系統(tǒng)在某一階固有頻率的激勵下發(fā)生相位共振時，舵系統(tǒng)頻響函數(shù)的虛部達到最大值，實部為零，輸入激振信號與輸出響應信號之間的相位差為90°，此時，InvMIF函數(shù)值為I，InvMIF函數(shù)值越接近I，則在該階固有頻率下所測模態(tài)純度越高。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于折疊舵面舵系統(tǒng)的模態(tài)分析方法，其具體步驟為：搭建包括：激振器支架（1）、激振器（2）、地軌（3）、舵片（4）、力傳感器（5）、舵艙（6）、加速度計（7）、便攜式計算機（8）、數(shù)據(jù)采集裝置（10）、舵機（11）、功率放大器（12）和風機（13）的模態(tài)測試分析系統(tǒng)；模態(tài)分析模塊（9）預判舵系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)；激振器（2）激勵舵系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集裝置（10）采集測試數(shù)據(jù)，模態(tài)分析模塊（9）判讀測試結果，模態(tài)分析模塊（9）驗證模態(tài)純度。本發(fā)明的模態(tài)分析方法可以準確識別舵系統(tǒng)主模態(tài)并區(qū)別彎扭模態(tài)，確定描述結構系統(tǒng)動態(tài)特性的固有頻率、阻尼比和振型等模態(tài)參數(shù)，提高模態(tài)辨識可靠度和準確度。
【IPC分類】G01M7/02
【公開號】CN105547618
【申請?zhí)枴緾N201510882194
【發(fā)明人】郭威, 董洪川, 唐旭東, 楊中巍
【申請人】北京機械設備研究所
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月3日