基于AR模型经典谱估计的某型飞行器舵结构热模态试验

李智劳++刘凡++崔盼礼

摘要：高超声速结构往往由于热作用导致其本身的模态特性发生较大变化，进而影响结构的安全。因此开展热作用下的结构模态特性研究显得非常重要。为此，详细探讨了经典谱估计方法在热模态测试中的应用，给出了经典谱估计方法测试结构热模态的一般流程，并对某型高超声速飞行器舵结构进行了热模态测试，获得了模态频率随时间的变化特征。该研究具有重要的工程应用价值。

关键词：高超声速；经典谱估计；热模态；舵结构

中图分类号：TB

文献标识码：A

doi：10.19311/j.cnki.16723198.2017.15.092

1引言

目前，国内外对热模态试验技术的研究都非常重视，美国NASA Langley、Dryden等研究中心分别针对金属和复合材料壁板、X-15翼舵、X-34发动机喷管等结构开展热模态试验方法研究与试验验证，2010年NASA Dryden研究中心针对X-37方向舵开展热模态试验的探索研究，但是由于高温加速度传感器技术的不成熟并未准确测得加速度信号。

随着航空航天技术的发展，国内一些构也研究了舵结构在热作用下的模态识別工作，取得了一些成就。开展热作用下的结构模态试验技术，对研究飞行器受热影响下的颤振问题具有相当重要的学术意义和工程价值。

2基于经典谱估计的时变模态参数识别

所以给试验件施加一纯随机激励，每隔T时间采集一组时域数据，然后通过T时间采集到的时间历程数据和激励数据来求取频率响应函数，借助频率响应函数对T时间段内的结构模态参数进行识别，最后得到一组时间段T内结构的模态参数并绘制模态频率随时间的变化曲线，进而得到结构的模态变化趋势。

基于经典谱估计的时变模态参数识别方法能够解决很多热模态测试问题，但也存在着若干问题。频响函数是在一次加热过程中获得的，所以准确度不高。频率响应函数的测试往往需要多次平均来提高信号质量。

基于经典谱估计的时变模态参数识别方法以傅里叶变换作为基础。有如下公式：

Δf=1T（1）

Δf—频率分辨率；T—时间段T。

从上述关系可以看出，Δf越小，则时间段T必须取的越大，然而过大的时间段T已经失去了研究模态随时间变化的意义。因此，解决工程问题时，往往需要根据实际需要来取合适的时间段T。

3试验验证

3.1试验设备

本次试验所用设备见表1。

3.2正式试验

本次试验采用激光测振仪测量响应，激光测振仪采用非接触方式，由于激光不受高温影响且免去了高温下的安装和防护问题。具体方法是将激光测振仪摄像头垂直于舵面方向安放在需要测试的位置，在加热系统相应的位置上打孔，使激光能够透过加热系统投射到舵面上，本次试验布置四个测点。

本次试验瞬态加热时间为40秒，初始温度为90度。舵面安装在设计好的夹具上。

4结论

本文开展了某型舵面的热模态试验，运用基于AR模型的经典谱估计方法得到了舵面的前两阶模态频率随时间的变化规律，本文的研究成果对后续继续开展结构的热模态研究有重要意义。

参考文献

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