第七屆歐洲框架計(jì)劃的SADE項(xiàng)目（新一代機(jī)翼的增升裝置），旨在提升飛機(jī)在飛行過程中尤其是著陸時(shí)的空氣動(dòng)力性能、燃油經(jīng)濟(jì)性及降低噪音和排放。
圖1帶有智能板和運(yùn)動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的被測(cè)結(jié)構(gòu)的有限元模型
該項(xiàng)目研究了大量自適應(yīng)控制概念。由DLR和空客集團(tuán)(前身為EADS)的德國(guó)專家們開發(fā)的一種方案，可直接連接到機(jī)翼盒段上的自適應(yīng)、智能漸變桁條或前緣結(jié)構(gòu)(圖1)。
這一概念的重要一步是創(chuàng)建一個(gè)帶有漸變桁條的大型的機(jī)翼段，在大型低速風(fēng)洞中（TsAGI 101）對(duì)其進(jìn)行測(cè)試(圖2)。三段自適應(yīng)桁條包括由增強(qiáng)型玻璃纖維塑料制成的彈性增強(qiáng)蒙皮。
圖2風(fēng)洞內(nèi)的機(jī)翼模型(1 -自適應(yīng)桁條、2 -沉箱、3 -襟翼、4 –翼翅、5 –導(dǎo)流罩、6 -氣動(dòng)支撐、7 -氣動(dòng)失速刻度)
作為非常復(fù)雜的計(jì)算和試驗(yàn)工作的一部分，來自俄羅斯國(guó)家研究中心的空氣流體動(dòng)力學(xué)中心的專家們參與了設(shè)計(jì)和制造風(fēng)洞天平的模型測(cè)試，并確定了翼型的動(dòng)力學(xué)特性和靜態(tài)剛度參數(shù)。這項(xiàng)工作不僅與測(cè)量氣動(dòng)彈性現(xiàn)象(顫振、沖擊等)的風(fēng)洞測(cè)試的安全要求有關(guān)，而且對(duì)于使用試驗(yàn)方法來確定模型的自然頻率和模態(tài)振型來驗(yàn)證CAD幾何和有限元模型(NASTRAN)來說，是非常必要的。
試驗(yàn)時(shí)，為了達(dá)到所需的邊界條件，模型兩側(cè)分別使用彈性繩懸掛在橋式起重機(jī)上(圖3)。
圖3. 模型頻率實(shí)驗(yàn)的彈性支承系統(tǒng)
通過兩種不同的方法來確定樣機(jī)的主要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)：
· 接觸式方法：使用電動(dòng)激振器幾何接觸式傳感器來測(cè)量振動(dòng)，利用標(biāo)準(zhǔn)步進(jìn)正弦信號(hào)進(jìn)行測(cè)試。
· 非接觸式方法：使用激光多普勒測(cè)振儀(LDV)來測(cè)量振動(dòng)，由內(nèi)置力傳感器的沖擊力錘提供脈沖激勵(lì)。
接觸式方法采用普羅德拉公司的EX220SC電動(dòng)激振器對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行激勵(lì)，使用LMS SCADAS III / Stepped Sine LMS軟件結(jié)合PCB 333V32接觸式傳感器來記錄結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性。
非接觸式方法采用的是德國(guó)Polytec公司的PSV-400-H4掃描式激光測(cè)振儀（現(xiàn)已升級(jí)至PSV-500系統(tǒng)，具有更佳的光學(xué)靈敏度和測(cè)量精度），使用PCB 086E80沖擊力錘敲擊結(jié)構(gòu)的金屬部件或加強(qiáng)筋，激發(fā)結(jié)構(gòu)振動(dòng)。
如圖4所示，第三行是使用NASTRAN計(jì)算出的模型的自然模態(tài)；與第一行的非接觸式方法和第二行的接觸式測(cè)量方法獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比。
本試驗(yàn)旨在確定模型的前20階自然模態(tài)，從而改進(jìn)仿真模型。結(jié)果顯示，計(jì)算值與試驗(yàn)方法獲得的實(shí)驗(yàn)值之間的偏差不超過6.5%。
通過對(duì)兩種測(cè)試方法的比較，可以看出激光多普勒測(cè)振儀在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)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(cè)振系統(tǒng)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(yàn)數(shù)據(jù)。
前緣，繞x軸的對(duì)稱一階扭轉(zhuǎn) | 繞z軸的對(duì)稱的機(jī)翼一階彎曲模態(tài) |
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圖4仿真和試驗(yàn)獲取的結(jié)構(gòu)模態(tài)振型的比較 | |
開縫襟翼的對(duì)稱一階扭轉(zhuǎn)，及與支撐結(jié)構(gòu)的對(duì)稱一階扭轉(zhuǎn)耦合 | 后緣，繞z軸不對(duì)稱的一階彎曲模態(tài) | 側(cè)構(gòu)件支撐的水平二階彎曲模態(tài) |
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