低速风洞试验模型主动抑振系统设计与验证
低速风洞模型振动主动控制仿真研究
Ａｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｖ ｉ ｂｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ａ ｌ ｏ ｗ ｓ ｐｅ ｅ ｄ ｗｉ ｎ ｄ ｔ ｕ ｎｎ ｅ ｌ
Ｗ Ａ ＮＧ Ｘ ｕ ｅ ， Ｃ Ｈ Ｅ Ｎ Ｌ ｕ － ｕ ｎ ， ＨＵ Ａ ＮＧ Ｙ ｏ ｎ ｇ ， Ｋ Ｏ Ｎ Ｇ Ｐ ｅ ｎ ｇ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｈ ａ ｓ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｃ ｕ ｒ ａ ｃ ｙ ｏ ｆ ｗ ｉ ｎ ｄ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｔ ｅ ｓ ｔ ，ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ａ ｌ ｓ ｏ ｈ ａ ｒ ｍｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｆ ｅ ｔ ｙ ， ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｉ ａ ｌ ｌ ｙ ，ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｏ ｆ ｂ ｉ ｇ ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｋ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ．Ｔ ｗｏ ａ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｆ ｏ ｒ ａ ４ ｍ ×３ ｍ ｌ ｏ ｗ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｗｉ ｎ ｄ ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｓ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ ．Ｔ ｈ ｅ ｉ ｆ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗ ａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ
（ １ ． 中国空气动力研究与发展 中心 空气 动力 学国家重点实验室 ，四川 绵 阳
一种抑制低频颤振的控制方法在模型风洞中的试验研究
制低频颤振量级就显得尤为重要。事实证明如果在 设计 阶段不采取有 效的控制方案 ， 在风洞建成后 再 进行声学改造将会带来巨大 的经济损失 。尽管对 Ｊ 低频颤振的研究较 多 ， 但其机理还 不是很 明确。虽 然国外在风洞的设计 中已经找到了一 些影 响低频颤 振的因素和控制方法 ， 比如确定喷射段长度 、 改变收 集 口几何尺寸和形 状等 ， ｊ但这些控制措施针对 性
郑 志 强 ， 毅 刚 ， 志 刚 王 杨
（ 同济大学上海地面交通工具风洞 中心， 海 上 ２ １０ ０ ８４）
［ 要］ 研究 了一种新 的抑 制风 洞低频 颤 振现 象 的方法 。该研 究在 模 型风 洞 中进行 ， 试验 结果 的分 析来 摘 从 看， 该方法 对于模型风洞起 到了抑制低频颤振 幅值 的作用 ， 有利 于改善 流场轴 向压力分 布 ， 并提 出 了进 一步研 究 的
汽
车
工
程
２０ ０ ７年 （ ２ 第 ９卷 ） ５期 第
馈机理不是很明晰。从试验研究中发现低频颤振 的 大小和许多因素有关。就收集 口而言 ， 收集 口的形 状、 大小 、 收集 口板位置等的改变都会影 响低频颤振 的量值大小 。这些改变也都会促使 流场发生变化 ，
较强 ， 不一定适用 于其它 风洞 ， 因此 ， 关于低频颤振
日 吾 ｊ Ｉ
的机理和控制方法有待进一步研究 。 上 海地 面 交通 工具 风 洞 中心对 于低 频 颤振 的研 究是在模型风洞 中进行 的， 过研究 发现该 模型风 通 洞 的低 频颤 振 发 生 在 ２ 、０ ４ Ｈ ０ ３ 、５ ｚ附 近 。从 试 验 的
结果 来 看 ， 颤振 频 率 以及 重 要 颤 振 点 都 会 随 着 流 场
低速开 口回流风洞中存在 的一个典型现象是试 验 段 的振 动 ， 于在 真 实风 洞 中发 生 该 现 象 的 频 率 由
低速风洞及其试验原理介绍
1、空气动力学研究的基本手段有哪些，各有什么优缺点？答：理论研究、风洞试验和飞行试验①理论研究：指人们根据对空气动力学现象的观察分析，对这些现象进行抽象和简化，描述其本质的数学模型，建立相应的数学物理方程并根据相应的边界条件求解这些数学方程。
主要指数值计算（CFD）技术。
尽管CFD技术在近几十年有了突飞猛进的发展，工程应用日趋成熟，但风洞试验仍是确定飞行器飞行性能的主要手段，CFD尚不能代替风洞试验，而只能作为飞行器设计手段与风洞试验相互补充，而且CFD的发展和可靠性也需风洞试验验证。
②飞行试验：主要指模型的自由飞试验和样机的试飞试验。
飞行试验方法可用来验证风洞试验数据的可靠性，解决那些风洞试验难以解决的问题；飞行试验能克服风洞试验模拟方式上的不真实因素，如流场模拟差异、飞行器尺寸差异（雷诺数和尺度效应）、流动不能完全相似等。
用真实飞行的测量数据来修正风洞试验数据，解决所谓风洞试验数据与飞行数据的相关性问题。
但是，由于飞行试验本身存在一系列误差，精度比风洞试验低得多；存在着费用高、试验条件不稳定、测量方法复杂等缺陷。
③风洞试验：空气动力学的发展史表明，风洞试验是试验空气动力学这门学科发展的的基本手段。
空气动力学的基本现象和基本原理，人们都是通过试验逐步认识的。
空气动力学研究上的重大突破，都首先是试验上的突破，空气动力学的理论本身都是在试验研究的基础上发现和发展起来的。
理论计算只能解决流动的物理机理已经通过试验研究认识清楚的，不是过于复杂的流动问题，但是流动机理方面的研究以及数值计算结果的验证，仍然要依靠试验。
用风洞试验方法来解决空气动力学问题，测量方便，试验参数如气流速度、试验状态易于控制，不受外界条件的影响，且费用较低，而飞行试验的试验条件不容易控制，测量方法复杂。
风洞试验过去和现在一直是发现和确定流动现象、探索和揭示流动机理、寻求和了解流动规律，以及为飞行器设计提供优良的气动布局和空气动力学特性数据的主要手段；在今后的相当长的时期内，这种状况不会改变，并将与其他研究手段更好的相互结合、相互补充、相互促进。
低速风洞非定常风特性模型及验证
低速风洞非定常风特性模型及验证徐让书;葛宁;王治敏【摘要】位于大气边界层中的建筑结构受到非定常的风速影响会导致其结构破坏.为研究该现象,在风洞实验室中恰当地模拟大气边界层环境,不但要实现稳定风速的模拟,而且变动风速也要满足一定要求,即是阵风谱(Gust spectrum)的模拟.旨在通过分析影响风洞实验段风速的因素,采用改变动力段对电机输入的功率来实现要求的阵风谱,并在实际风洞中进行验证.结合流体力学原理,通过对空气以及动力系统进行分析来建立守恒方程,应用Matlab软件进行数值计算.模拟出在风速达到稳定后,输入正弦电压得到实验段的风速.模拟结果表明,在实验段风速呈现正弦曲线,经快速傅里叶分析与电压频率一致.经试验验证后与模拟结果吻合,振幅与风洞对应输入功率所标定的风速一致,故可用该方法模拟产生规定阵风谱下的非定常风.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2018(000)009【总页数】4页(P29-32)【关键词】大气边界层风洞;阵风谱;非定常流动;数值计算【作者】徐让书;葛宁;王治敏【作者单位】沈阳航空航天大学航空航天工程学部,辽宁沈阳 110136;沈阳航空航天大学航空航天工程学部,辽宁沈阳 110136;沈阳航空航天大学航空航天工程学部,辽宁沈阳 110136【正文语种】中文【中图分类】TH16;V2111 引言风洞是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。
低速风洞是指试验段气流速度小于马赫数小于0.3的风洞。
从20世纪四十年代开始，国外开始建造低速风洞，迄今低速风洞已经得到了很大的发展[1]。
在大气边界层的紊流风能够激起低频运动发生共振现象，造成建筑结构破坏。
故为研究此破坏程度，需要在风洞中模拟出建筑所在环境，即非定常的大气边界层风洞。
低速风洞性能试验技术研究与优化
低速风洞性能试验技术研究与优化随着现代航空工业的快速发展和飞机制造的不断提升，低速风洞性能试验技术成为航空领域中一项极为重要的研究内容。
低速风洞性能试验技术主要用于研究飞机在低速条件下的飞行性能，对于飞机的设计改进和性能优化有着至关重要的作用。
本文将探讨低速风洞性能试验技术的研究与优化。
低速风洞性能试验是通过模拟低速飞行条件，在实验室或风洞中进行的一种飞行试验。
试验中主要通过测量飞机在低速条件下的升力、阻力、侧向力以及其他相关参数，以评估飞机的飞行性能和飞行品质。
在低速风洞性能试验中，常常使用风洞作为试验设备，通过模拟飞机飞行时的气动环境，准确地测量飞机在低速条件下的各项性能指标。
首先，低速风洞性能试验技术的研究与优化需要关注试验设备的准确性和可靠性。
风洞是低速风洞性能试验的重要设备，其准确性和可靠性对试验结果的可信度具有决定性作用。
研究人员需要对风洞进行精确校准，并进行定期维护和检修，以确保试验设备的正常运行和准确测量。
此外，还需关注低速风洞性能试验的其他相关设备和仪器，确保其精度和可靠性。
其次，低速风洞性能试验技术的研究与优化需要关注试验参数的选择和控制。
试验参数的选择对于低速风洞性能试验结果的准确性和可比性至关重要。
研究人员需要根据实际情况，合理选择试验参数，如飞行速度、迎角、攻角等，并进行精确控制和测量。
在试验过程中，还需要关注环境条件的控制，如温度、湿度等因素的影响，并进行适当的调整，以确保试验结果的准确性。
此外，低速风洞性能试验技术的研究与优化还需要关注数据采集和分析的方法与技术。
试验数据的准确采集和合理分析是研究和优化的关键步骤。
研究人员需要选择合适的数据采集设备和方法，确保数据的实时、准确和可靠采集。
同时，还需要运用合适的数学模型和统计方法对试验数据进行分析，以获得有关飞机低速风洞性能的科学结论和有效建议。
最后，低速风洞性能试验技术的研究与优化需要关注试验结果的解释和应用。
试验结果是低速风洞性能优化的重要参考依据，研究人员需要深入分析试验结果，找出存在的问题和不足，并提出相应的优化建议和改进措施。
跨声速风洞模型主动减振系统试验研究
跨声速风洞模型主动减振系统试验研究余立;杨兴华;寇西平;曾开春;吕彬彬【摘要】为解决跨声速风洞测力试验模型的俯仰振动问题,研制了一套主动减振系统.该系统利用了模型/天平/支杆系统的响应特性,采用主动控制方法,以天平信号作为输入,采用速度负反馈,使用安装在支杆后端主动接头内的压电陶瓷作动器来抑制模型振动.地面试验结果表明,主动减振系统使模型/天平/支杆系统的俯仰一、二阶阻尼比分别提高20.8倍和12.8倍.风洞试验结果显示,法向力和俯仰力矩振动幅度分别下降71.0％和57.5％,风洞试验结果还表明主动减振系统对气动系数的影响相对较小.主动减振系统在多个模型的风洞试验中也得到验证,显示出良好的减振性能和模型适应性.【期刊名称】《南京航空航天大学学报》【年(卷),期】2019(051)004【总页数】8页(P526-533)【关键词】风洞;模型振动;阻尼;压电陶瓷作动器【作者】余立;杨兴华;寇西平;曾开春;吕彬彬【作者单位】中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所,绵阳,621000;中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所,绵阳,621000;中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所,绵阳,621000;中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所,绵阳,621000;中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所,绵阳,621000【正文语种】中文风洞测力试验时，试验模型通过应变天平、尾支杆与中部支架相连。
在宽频的风洞气流激励下，模型与天平、支杆一起振动[1]。
在模型、天平和支杆组成的系统中，金属模型本身的振动频率高，振幅小，其振动不予考虑，因此，模型振动实质上是指天平/支杆组合体的弯曲、扭转以及拉伸振动，模型则表现为俯仰、偏航、滚转以及轴向刚体运动，模型/天平/支杆系统的主要模态有模型俯仰、偏航、滚转方向的支杆模态和模型俯仰、偏航方向的模型/天平模态以及轴向振动模态[2]。
在大型跨声速风洞中，模型/天平/支杆系统具有支撑频率低、结构阻尼小等特点，这将导致模型振动幅度大，严重影响试验数据质量，长时间剧烈振动还将导致天平或支杆疲劳破坏，对风洞运行安全造成严重威胁。
复合材料飞机结构低速风洞颤振模型的设计
(11 >
根据基本物理量的相似比可导出其它物理量
的相似比如下
k EI
=
k
"k
2 V
k
4 L
;k
M
= k "k
;k EA
=
k
"k
2 V
k
2 L
k GI p
= k "k
2 V
k
4 L
;k
!
=k
Vk
_1 L
(12 >
按上述相似原理进行缩比之后 全尺寸金属
模型与缩比模型各阶固有振动频率比值等于速度
比 例 因 子 与 缩 比 因 子 比 值 ~振 型 相 等 ~模 型 的 颤 振 速度与真机的颤振速度比为 V
刚度等代后要求原结构的4 种设计元素变成 如图2 所示的复合材料结构形式 图中给出的是 设计后的元素截面 其中 细实线表示板 粗实线 则是由板构成的梁结构 如实际结构中的工字梁~ 桁条等 即新结构为板 - 桁 梁 结 构 其 材 料 需 采用低模量复合材料 本文中采用4 GPa 左右的混
图2 !等代后的4 种复合材料设计元素 !!Fi g. 2 !Four ki nds of co mposit e desi gn el e ment s
三维 模 型 的 渲 染 及 拾 取 可 通 过 跨 平 台 的
Open GL 图形 引 擎 以 及 相 关 的 图 形 学 技 术 来 实 现[6 j 9对于大规模有限元9分区技术是提高拾 取 速
度的一种有效方法[5 j
在构造设计元素期间9不同类型的设计元素
一般均包含数量不等的板单元和杆或者梁单元9
Md = M = "L 3 相似物理量的量纲
跨声速风洞测力模型主动减振系统的试验研究
风 洞 测力 试 验 模 型 系统 及 其 动 力 学 特 性 ， 用 主 动 控 制技 术 来 实 现 风 洞 模 型 的振 动抑 制 。 建立 了 一 套 计 算 机 实 时 采 主 动 减振 系统 ； 用 白行 研 制 的 、 有 激振 与 减 振 双 重 功 能 的作 动 器来 实 施 控 制 ， 动 器 直 接装 载 于模 型 的 内 结构 利 具 作 空 腔 ， 改 变 或 破 坏试 验 模 型 的外 形 结 构 ； 于 学 习 控 制 策 略 ， 出 了相 应 的控 制 律设 计方 法 ， 给 出 了一 种 简 单 、 不 基 提 并 实 用 的 控 制 算 法 ； 内含 实 际 支撑 装 置 的 风 洞 测 力 试 验 模 型 系 统 为 对 象 ， 过 大 量 的地 面试 验 评 估 了整 个 减 振 系 以 通
验 Ｌ 。在风洞 试验过 程 中 ， １ ］ 受非 定 常气 动力 的作 用 ， 模 型会 与天平 、 支杆 和支架 一起 产生振 动 。 验段 气 试 流脉动力 是模 型产生 振动 的根本 原 因。 由于跨声 速
种简单 、 用 的实 时控 制算法 。 实 控制 律设计 不依赖
于 系统 的建模 或 辨识 ， 考 虑 了最 大 限度地 发 挥作 并 动 器 的驱动能 力 ， 以实现风 洞模 型的 高效阻振 ； 以内
风 洞气 流脉动 的频率 很低 （ 一般小 于 １ ） 加之模 ０Ｈｚ ，
型 系统 （ 包括 天平 、 杆和支 架 ） 现低 刚度 特性 ， 支 呈 在 进 人 大攻 角试 验状 态 时 ， 易 造成 气 流 脉动 频 率 与 容
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
控制风洞试验中模型的振动，主动减振技术相较于被动减振技术适应性更强，可以满足风洞工况多变情况下模型减振
需要。本文研究一套适用于低速风洞尾撑试验的基于压电陶瓷的主动减振系统，通过在支杆根部合理布置压电陶瓷
作动器，将压电陶瓷的轴向运动转变成支杆的俯仰振动，以模型上振动加速度信号作为反馈，采用自适应内模反馈系
Abstract : The model vibration has great impact on the accuracy of wind tunnel test result and it also harms to the safety, especially, under the state of high attack angle. So it is necessary to take steps to control the vibration. Traditional passive vibration control method sometimes cannot meet the demand of adapting to different working conditions, while active vibration control is an attractive alternative solution. An active vibration control system for a long cantilever beam is described in this paper. Piezoelectric ceramic actuators are configured in such a way to convert the axial vibration they generate to pitch vibration of the end of the cantilever beam. Then taking the acceleration of vibration or the balance signal as the feedback, it achieves the vibration control through an adaptive feedback control system. Experimental results showed that the system has a good effect on vibration restraining.
Keywords : vibration and wave; wind tunnel test ; test model vibration; active vibration restraining system; adaptive feedback control; verification experiment
尾部支撑是低速风洞试验的一种主要模型支撑 形式，试验时模型通过内置式天平、支杆固定安装在
收稿日期：2018-03-16 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51375103)
作者简介：陈陆军（1978 - ），男，河南人，博士生，主要研究方
向为试验空气动力学。 E-mail: lululinux@
通信作者：钟诚文（1966 - ），男，重庆市人，博士生导师。
E-mail: பைடு நூலகம்hongcw@
支架上，支架固定在风洞试验段的后部，构成一种典 型的悬臂式结构，见图 1。在风洞试验过程中，受非 定常气动力的作用 ，悬臂式支撑的试验模型及支架 系统会产生低频的振动 ，试验模型由于位于悬臂结 构的末端 ，其振动的幅值较大。振动会降低试验测 量数据的精准度，振动剧烈时甚至会导致试验模型、 支撑系统和天平等设备损坏。如何有效地控制试验 过程中模型的低频振动是工程技术人员十分关注和 急需解决的问题。
（ 1. 西北工业大学 航空学院，西安 710072； 2. 中国空气动力研究与发展中心，四川 绵阳 621000； 3. 哈尔滨工程大学 动力与能源工程学院，哈尔滨 150001 ）
摘 要：开展飞行器风洞试验时，通常会出现模型振动情况，飞行器模型的振动会降低试验测量结果的精准度，在
临界迎角状态时尤为严重，有时甚至会危害试验模型和设备的安全。为了提高试验质量，保障试验安全，应采取措施
2. China Aerodynamic Research and Development Center, Mianyang 621000, Sichuan China;
3. College of Power and Energy Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China）
CHEN Lujun , 1，2 HUANG Yong 2, HUANG Di 3, YANG Tiejun 3, ZHONG Chengwen 1, ZHU Minggang 3
（1. School of Aeronautics, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China;
统进行振动控制，并搭建地面模拟台进行了验证，试验结果表明本系统取得了良好的抑振效果。
关键词：振动与波；风洞试验；模型振动；主动抑振系统；自适应内模算法；模拟试验
中图分类号：O328；TK421.6
文献标志码：A
DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-1355.2018.Z1.076
The Design and Experimental Study on Active Vibration Control System for Low Speed Wind Tunnel Test Model
第 38 卷 第 Z1 期 2018 年 4 月
噪声与振动控制 NOISE AND VIBRATION CONTROL
Vol 38 No.Z1 Apr. 2018
文章编号：1006-1355(2018)Z1-0358-04
低速风洞试验模型主动抑振系统设计与验证
陈陆军 , 1，2 黄 勇 2, 黄 迪 3, 杨铁军 3, 钟诚文 1, 朱明刚 3