基于应变响应的旋翼桨叶运行模态识别方法研究

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旋翼桨叶运行模态参数的准确识别对于直升机的动力学设计和旋翼桨叶气动载荷计算具有重要意义,而且由实测响应数据识别的模态参数相比于理论分析结果更能真实地反映旋翼系统工作时桨叶的动力学固有特性。
  本文对使用基于应变响应的协方差驱动随机子空间法对旋翼桨叶应变模态参数识别进行研究。首先使用由应变和应变变化率构造的状态向量推导了连续时间的状态空间模型,对模型在时间上进行离散化得到离散时间的状态空间模型,引入噪声影响建立随机状态空间模型,结合随机状态空间模型的性质利用协方差驱动的随机子空间法解出含有桨叶动力学参数的系统矩阵和系统能观矩阵,由离散时间系统的特征值与连续时间系统的特征值的关系解出旋翼桨叶的应变模态参数,利用稳定图法和查看振型提取桨叶真实应变模态参数。然后使用ANSYS Workbench软件仿真得到一个铝合金梁模型在冲击载荷作用下,分别设置不同转速时的应变响应,利用之前介绍的协方差驱动的随机子空间法结合稳定图法和查看振型的方式求解模态参数,并与利用ANSYS Workbench直接求解的固有频率进行对比,误差小于3%,验证了该方法用于旋翼桨叶运行模态参数识别的可行性。之后以一根不旋转的悬臂梁为实验对象,测出其在未知激励下的应变响应,使用协方差驱动的随机子空间法进行应变模态参数识别,将识别结果与解析结果进行对比。最后,搭建了旋翼试验台,使用铝合金板代替桨叶,通过粘贴应变片的方式,设计并进行了旋转状态下的桨叶挥舞振动参数测量试验,对应变相应数据使用本文介绍的方法识别出了铝合金板在不同转速下的应变模态参数。
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