一种风洞天平振动信号稳定值的预测方法

摘要

本发明提供了一种风洞天平振动信号稳定值的预测方法，属于信号分析技术领域。1、从多体动力学角度出发，将系统简化成为一个四自由度的动力学模型，对每个自由度进行动力学建模。2、从天平实测信号中初步截取其中一段数据，将该数据段分为流场、稳定振动、状态平稳三个过程；3、选取上述数据段中信号波谷为起始时间和截止时间，使截断信号包含倍数周期；4、对上述截断信号进行傅里叶变换，提取该信号主频率；5、得到主频率以后，基于第一步得到的衰减函数模型和梯度下降法，对截断信号曲线进行拟合和预测；6、为实现振动信号周期的自动截取，并提取振动信号主频率。分析周期数和信号精度之间的关系。主要用于风洞天平振动信号稳定值的预测。

主权项

一种风洞天平振动信号稳定值的预测方法，具体步骤包括：第一步、假设天平所测得的振动信号是由系统强迫振动和自由振动综合叠加的信号，将风洞测试系统简化成由飞行器、框架、天平、支架组成的多自由度无阻尼系统，再将其简化为一个四自由度的动力学模型，根据牛顿定律，对每个自由度进行动力学建模：$\left[M\right]\left\{\stackrel{··}{X}\right\}+\left[C\right]\left\{\stackrel{·}{X}\right\}+\left[K\right]\left\{X\right\}=\left\{F\right\}$其中，M、C、K分别代表系统质量、粘性阻尼系数、刚度矩阵，系统受外力F作用，X表征位移矩阵，表征X的一阶导数，表征X的二阶导数。风洞测试系统的脉冲响应可以表示为一个衰减函数模型f(t)：$f\left(t\right)=a_1{e}^{-a_2(t-T_s)+s_1}sin\left(2{\mathrm{\pi C}}_f\right(t-T_s)+s_2)+T_r$其中，a₁、a₂、T_s、T_r、C_f、s₁、s₂是衰减函数系数。第二步、从实测得到的风洞天平振动信号中，初步截取其中一段数据，将该数据分为三段并依次定义为流场建立过程、稳定振动过程、状态平稳过程；第三步、选取上述数据段中振动信号的波谷为起始时间和截止时间，进一步截断，使截断振动信号包含倍数周期；第四步、对第三步得到的截断振动信号进行傅里叶变换得到频谱序列，并提取该振动信号主频率；第五步、得到第四步的主频率以后，通过第一步得到的衰减函数模型f(t)和梯度下降法，对截断振动信号曲线进行拟合和预测；第六步、为实现天平振动信号的自动截取周期，通过在频谱序列中提取的主频率，反推一个时间周期所占的时间间隔；根据振动信号周期对稳定振动过程信号分段测量，分析其周期数和振动信号精度之间的关系，并通过实验进一步验证天平振动信号分析方法的准确性。