基于Hilbert-Huang变换的补燃循环火箭发动机模态参数辨识方法

摘要

在火箭发射及飞行过程中，发动机本身就是强烈的冲击、振动和噪声源，同时也承受着最恶劣的静态内压，集中力等静载荷，还承受着全箭最强烈的振动、冲击、腔体管道内的压强脉动及高、低温等环境载荷。因此进行发动机结构动力学研究显得非常重要。对于液体火箭发动机这样一个复杂的结构而言，一般通过模态试验方法来获得较为准确的动力学参数。时频分析是近年来兴起的模态参数识别方法。传统的傅里叶谱是信号在整个时域内的积分，描述的是信号的统计特性，没有局部化分析信号的功能，而时频分析可以描述观察信号的时频联合特征，即可以观察信号随时间和频率变化的过程。目前用于模态参数识别的时频分析方法主要有Gabor 变换、Cohen 类二次时频分布、小波变换、Hilbert-Huang 变换等。阐述基于Hilbert-Huang 变换的结构模态参数辨识方法的基本原理。该方法由经验模式模式分解及Hilbert 变换两部分组成，其核心是EMD 分解。该方法依据信号本身的时间尺度特征来进行分解，将信号分解为多个本征模态函数,因此比傅里叶及小波等依赖于先验函数基的分解方法更适合于处理非平稳及非线性数据。将该方法应用于某型补燃循环液体火箭发动机模态参数辨识中，得到了误差小于3%的前 7 阶固有频率，并且利用Hilbert 变换的方法验证该发动机具有线性系统的特征。Hilbert-Huang 变换法无需采用复杂的激振设备，只使用响应信号，避免功率泄露和频率混叠等因素的影响。然而在分析与原信号没有显著相关性的高价本征模态函数时会产生“虚假模态”的问题，需进行深入的研究。