基于微颤振的机翼早期微小故障检测方法研究.pdf

《基于微颤振的机翼早期微小故障检测方法研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、昼应用技术基于微颤振的机翼早期微小故障检测方法研究木余臻谢南杰刘利军(厦门大学自动化系)摘要：为预防和减少飞行事故，机翼的早期微小故障检测对提高系统的可靠性和安全性有重要的意义。针对离线检测方法无法及时检测早期的微小故障，提出了基于微颤振的机翼早期微小故障检测方法。该方法通过调整飞行速度，使机翼处于微颤振，增大机翼振动幅值，从而放大微小故障，实现机翼的早期故障检测。利用二维俯仰．扑动装置仿真模型，仿真结果表明，基于微颤振的故障检测方法能检测出机翼故障情况与正常情况的微小差异。关键词：早期微小故障：故障检

2、测；机翼微颤振：频域分析0引言本文以二维俯仰．扑动装置模型为研究对象，二维机翼模型嘲如图1所示。机翼根部2个转动弹簧分近年来时有发生的飞行事故多与飞机的控制失别提供扑动(办)和俯仰()2个自由度运动，弹簧的刚效有关，其故障形式主要是机体(机身、机翼和尾翼)度分别为和，这2个自由度之间无刚度耦合。和操纵面故障，如卡死、松浮、损伤等故障，从而影在二维机翼模型中，可通过扰流片(即自由度)实响飞机器的飞行性能【l】。大多数规模较大的故障是由现对颤振的抑制控制。早期微小故障引起的，早期微小故障检测尤为重要。机翼早

3、期微小故障有两方面的含义：其一是指处于早期阶段的故障、微弱故障或潜在故障，症状不明显；其二是从物理意义上讲，某一故障是另一故障的早期阶段。若这类故障若不能被检测，并得到及时处理，将会引起严重的事故【2J。因此，机翼早期微小故障的检测是预防和减少飞行事故发生的关键，可提高系统的可靠性和安全性。随着技术的发展，出现了多种机翼结构故障检测识别方法，如目测法、超声波无损检测法，但这2种方法无法实现在线检测；又如基于模态应变能方法【3】、基于结构振动响应方法【4]和基于Lamb波方法【】等，图1二维机翼模型这几种

4、方法在大多数情况下效果理想，但存在测量点一维L舆明双罕俣型弓I用又献L7J于隹寻所得阴一多、测量数据丰富的局限性。在机翼故障数据获取不维气动弹性扰动方程：充分时，上述方法难以检测机翼早期微小故障。本文提出基于微颤振的机翼早期微小故障检测{)=[]{耄)+[一(Jjl一。Ma)一]+方法，充分利用故障对机翼的激励和影响。该方法通过调整飞行速度使机翼处于微颤振，增大机翼振动幅[一(-。M4)]+[一(Jjl一)]+c-值，从而放大微小故障实现机翼的早期故障检测。E]wl二维气动弹性系统模型百■百i2015年

5、第36卷第6期自动化与信息工程161301008)；航空科学基金(20140768003)。兵中，=_-(一)一(Ks—Ko)；幅，由系统本身的物理参数及气动参数确定，与初始Y=-．(一)(一Do)。条件无关。当选定系统模型，改变系统的物理参数及用数值形式替代式(1)中的每个参数，其中大部分气动参数，可以得到不同的频率和幅值，因此这2个参数值由实验数据所得，小部分由空气动力学数值计特征量可以作为故障检测的故障特征。算分析得到，更多详细的参数值及表达式参考文献[6】。调整飞行速度，即马赫数Ma，使飞行速度

6、逐渐根据式(1)及参数值，得到机翼的仿真模型。增大，在一定的速度范围，使机翼处于微颤振状态。由仿真模型，可以得到2个自由度的时域振动波形，2故障检测方案设计但时域信号波形较难进行量化。因此，采取频域方法当飞行器在气流中以一定速度运动时，机翼等弹对时域信号进行截取、采样及傅里叶变换，得到2个性体结构在气动力、弹性力和惯性力的相互耦合作用自由度的幅值最大值及对应的微颤振频率，分别为下，维持其自身的等幅振荡现象称为机翼颤振[8们。、、、。由理论计算和风洞实验证明【】”，当单当机翼处于微颤振状态时，振幅增大，有

7、利于微小信独分析扑动和俯仰刚度对颤振速度的影响时，俯仰刚号的检测。因此，可以通过机翼微颤振增大振幅这个度的影响作用更加明显。因此，在不同的马赫数Ma下，特点，实现机翼的早期微小故障检测。减小俯仰刚度，保持扑动刚度不变，仿真机翼故障检测方案设计目标：当机翼刚度发生早期微早期微小的俯仰刚度故障，通过频域方法分别得到小故障时，能检测出与正常情况的微小差异。Yl、、、，设计评价指标为2．1机理分析，一2Q—J．Iy,+(2)当机翼系统发生颤振时，在翼面上有激励和阻尼，．，12种作用形式的气动力，即颤振发生时，存

8、在能量的3仿真结果分析输入与耗散。机翼系统表现为3种运动情况：11耗散能大于输入能，振动幅值逐渐减小直至振动最终消失，在上述的二维俯仰．扑动装置模型气动弹性系统此时系统是动力稳定的；2)耗散能小于输入能，振动中，可以通过扰流片对机翼颤振进行抑制控制。因此，幅值逐渐扩大，导致机翼结构损坏，此时系统是动力从无扰流片颤振抑制开环控制和有扰流片颤振抑制不稳定的；3)耗散能等于输入能，振动幅值保持不变，闭环控制2方面进行仿真。呈现等幅简谐振动，此时系