力學(xué)大會(huì)2015集主動(dòng)控制技術(shù)在飛行減載的應(yīng)用探討

宇航系統(tǒng)工程，跨音速飛行抖振載荷和陣風(fēng)載荷是火箭飛行載荷中較為典型的兩種動(dòng)態(tài)載荷，本文介紹了該兩種載荷的計(jì)動(dòng)術(shù)動(dòng)響應(yīng)進(jìn)而減小抖振載陣風(fēng)載行減結(jié)討控制減技術(shù)應(yīng)。隨著運(yùn)載火箭的快速發(fā)視火箭精細(xì)化設(shè)計(jì)為了達(dá)到降低成本同時(shí)提高或者不犧須引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念與技術(shù)火箭的結(jié)構(gòu)飛行載荷進(jìn)而減輕結(jié)載飛行載要有氣動(dòng)載荷、載荷晃動(dòng)載荷陣風(fēng)載荷和抖振載荷等其中氣動(dòng)載荷與載荷屬于靜載動(dòng)載陣風(fēng)載荷以及抖振載荷屬于動(dòng)載載技術(shù)相應(yīng)分為靜載減載與動(dòng)載減載?；鸺龔椥哉駝?dòng)方程可表示為M[q(t)2ξωq(t)ω2q(t)]Q nn n 結(jié)構(gòu)響應(yīng)的傳遞函數(shù)為

Mω2[(1(ω22g2 n ) ωng2ξ ngng

1()ωqnMω2[(1n

n22g2 ωω)ωωn）的關(guān)系為G(ω) H(ω)2G 結(jié)構(gòu)模態(tài)響應(yīng)廣義位移的均方值為q2

G

在飛行器表面，部流動(dòng)達(dá)到音速時(shí)形成部超音速區(qū)伴隨生成波此時(shí)激波往往是極不穩(wěn)蕩現(xiàn)產(chǎn)生隨機(jī)脈動(dòng)壓結(jié)構(gòu)振動(dòng)發(fā)飛行時(shí)為跨音速抖振。它的產(chǎn)生主要取決于運(yùn)載錐—圖1抖振載荷分布脈動(dòng)壓力第n階廣義法向力為 脈動(dòng)壓力第n階廣義法向力的功率譜密度為

AarπD(x 功率譜密度，則ar取1Dxr)為作用處截面直徑。B為法向力軸向系數(shù)?。?.1~0.15）結(jié)構(gòu)模態(tài)響應(yīng)廣義位移的均方值為q2 n nqnmax unmax(x)φn(x)qnmax

nMn階彈性振動(dòng)廣義質(zhì)kgD——火箭頭部直徑，m；na——峰值因子（概率為95％時(shí)a2）nW(X)ei(XTXnn

α(X,t)W(Xn,t)W(Xn)W

作用于箭體上的干擾氣動(dòng)力按定常氣動(dòng)系數(shù)分布的準(zhǔn)定常處理，則陣風(fēng)的廣義氣

FEiW

iME57.3qiM

(X)φ(X)ei(XTXn) i陣風(fēng)廣義法向力的功率譜密度為 G(ω)Ei2

1Sw() w)( ωV為陣風(fēng)縮減頻率，取值范圍為3.31041.6radmσw為均陣風(fēng)風(fēng)速，一般取為1.5m/s；L為陣風(fēng)擾動(dòng)特征長(zhǎng)度，一般取為300m。

q1max 則有陣風(fēng)載 動(dòng)控制方法具有控制效果不依賴擾動(dòng)顯優(yōu)動(dòng)該控制方法近幾十年來(lái)得到了人們的廣泛研究和應(yīng)動(dòng)控制領(lǐng)中的各種主動(dòng)控制方法皆被引入到了柔性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)主動(dòng)實(shí)際中得到了檢驗(yàn)[7]。壓電陶瓷屬于鐵電體一類的物質(zhì)細(xì)微的電疇組電疇是分子自發(fā)電場(chǎng)，但自發(fā)電場(chǎng)作用時(shí)電疇在晶體中雜們的極化效應(yīng)壓電陶瓷內(nèi)極化強(qiáng)度為壓電圖()為使壓電陶瓷具有壓電須進(jìn)行極化處對(duì)壓電陶瓷施加直流電場(chǎng)(30~40k/m)經(jīng)過(guò)2～3h疇極化方向發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)趨向于外電場(chǎng)方向，如圖2c)圖2對(duì)壓電陶瓷壓電效應(yīng)的認(rèn)識(shí)可以歸納為三點(diǎn)壓電陶瓷具有壓電效應(yīng)的本質(zhì)原因是由于陶瓷存在自發(fā)極化的小區(qū)域壓電陶瓷的極化電荷是束縛電荷而不是自由電荷，這些束縛電荷不能自由移一般來(lái)說(shuō)火箭結(jié)構(gòu)主要包括有和整流罩有和支撐段推進(jìn)劑貯箱箱過(guò)級(jí)間儀器艙視為結(jié)構(gòu)的組合。圖3對(duì)為代表的分布式結(jié)傳感器和作動(dòng)器通常分別由兩組功能元件(如壓電片)組們可分布粘貼于主體結(jié)構(gòu)表面或嵌埋入結(jié)這兩組元件分別在結(jié)構(gòu)中起作動(dòng)和傳備同信號(hào)處理和驅(qū)動(dòng)電路。個(gè)關(guān)鍵部位，或直接取代原結(jié)構(gòu)的某些構(gòu)件而形成[4]。

時(shí)域轉(zhuǎn)換計(jì)算

x(t)X(ω)e fk—第k階頻

kp(t)

本文采用最優(yōu)控制理論設(shè)計(jì)控制律。在現(xiàn)代控制理論中，最優(yōu)控制方法是J [xT(t)Qx(t)uT u(t)R1BTSx SArATSSBR1BTSQ 潘繼.結(jié)構(gòu)作動(dòng)器/傳感器的優(yōu)化位置及其主動(dòng)控制研究.交通大 ,魯昌等.液體彈道與運(yùn)載火箭[M].:宇航,DiscussionofLoadAlleviationUsingActiveControlZhangShanghaiInstituteofAerospaceSystemEngineering,Shanghai201109,Thebuffetloadandgustloadarethetwotypicaldynamicloadsof flightloads,thisarticledescribesthecalculationmethodofthetwoloads,studiesusingactivecontroltechnologytoreducethevibrationresponse,therebyreducethebuffetloadandgustload,soastoachievethepurposesofsheddingtheflightload.Combinedwiththeactualsituationofthe ,discussedthekeyissuesandthemainmeasuresduringusingtheactivec