第七屆歐洲框架計劃的SADE項目(新一代機翼的增升裝置),旨在提升飛機在飛行過程中尤其是著陸時的空氣動力性能、燃油經濟性及降低噪音和排放。
圖1帶有智能板和運動控制機構的被測結構的有限元模型
該項目研究了大量自適應控制概念。由DLR和空客集團(前身為EADS)的德國專家們開發的一種方案,可直接連接到機翼盒段上的自適應、智能漸變桁條或前緣結構(圖1)。
這一概念的重要一步是創建一個帶有漸變桁條的大型的機翼段,在大型低速風洞中(TsAGI 101)對其進行測試(圖2)。三段自適應桁條包括由增強型玻璃纖維塑料制成的彈性增強蒙皮。
圖2風洞內的機翼模型(1 -自適應桁條、2 -沉箱、3 -襟翼、4 –翼翅、5 –導流罩、6 -氣動支撐、7 -氣動失速刻度)
作為非常復雜的計算和試驗工作的一部分,來自俄羅斯國家研究中心的空氣流體動力學中心的專家們參與了設計和制造風洞天平的模型測試,并確定了翼型的動力學特性和靜態剛度參數。這項工作不僅與測量氣動彈性現象(顫振、沖擊等)的風洞測試的安全要求有關,而且對于使用試驗方法來確定模型的自然頻率和模態振型來驗證CAD幾何和有限元模型(NASTRAN)來說,是非常必要的。
試驗時,為了達到所需的邊界條件,模型兩側分別使用彈性繩懸掛在橋式起重機上(圖3)。
圖3. 模型頻率實驗的彈性支承系統
通過兩種不同的方法來確定樣機的主要動態參數:
· 接觸式方法:使用電動激振器幾何接觸式傳感器來測量振動,利用標準步進正弦信號進行測試。
· 非接觸式方法:使用激光多普勒測振儀(LDV)來測量振動,由內置力傳感器的沖擊力錘提供脈沖激勵。
接觸式方法采用普羅德拉公司的EX220SC電動激振器對結構進行激勵,使用LMS SCADAS III / Stepped Sine LMS軟件結合PCB 333V32接觸式傳感器來記錄結構的動態特性。
非接觸式方法采用的是德國Polytec公司的PSV-400-H4掃描式激光測振儀(現已升級至PSV-500系統,具有更佳的光學靈敏度和測量精度),使用PCB 086E80沖擊力錘敲擊結構的金屬部件或加強筋,激發結構振動。
如圖4所示,第三行是使用NASTRAN計算出的模型的自然模態;與第一行的非接觸式方法和第二行的接觸式測量方法獲得的數據進行了對比。
本試驗旨在確定模型的前20階自然模態,從而改進仿真模型。結果顯示,計算值與試驗方法獲得的實驗值之間的偏差不超過6.5%。
通過對兩種測試方法的比較,可以看出激光多普勒測振儀在技術和經濟上的優越性。
接觸式的相位諧振方法需要2名工程師和2名技師共同工作13天,而Polytec的非接觸式掃描式激光測振系統PSV-400-H4僅需2名工程師工作5天,無需技師便可獲得滿意的試驗數據。
前緣,繞x軸的對稱一階扭轉 | 繞z軸的對稱的機翼一階彎曲模態 |
圖4仿真和試驗獲取的結構模態振型的比較 |
開縫襟翼的對稱一階扭轉,及與支撐結構的對稱一階扭轉耦合 | 后緣,繞z軸不對稱的一階彎曲模態 | 側構件支撐的水平二階彎曲模態 |
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