一种直升机振动主动控制位置优选方法

摘要

本发明涉及一种直升机振动主动控制位置优选方法，通过建立、修正直升机有限元模型，建立传递函数计算模型，之后计算作动器/被动吸振器到评价点的传递函数，优化出作动器/被动吸振器安装位置、作动器安装数量，并给出对应的减振效率，最后采用综合减振效率结合的方法筛选出最优作动器/被动吸振器安装位置和作动器安装数量，该方法使用简单，操作方便，优化出的安装位置准确，优化过程耗时短，并且独立于直升机机体结构，适用于不同的机型而不需做任何修改。

说明书

技术领域

本发明属于结构减振设计领域，特别是涉及一种主/被动减振装置最优位置优选。

背景技术

为了进行直升机振动主动控制系统设计,作动器的位置、数量、作动力方向等的选择是关键环节。由于直升机动力学模型节点规模大,人工计算选取的样本点非常有限,可能导致计算减振效率偏低,作动器安装位置可能产生偏差等，因此提高位置优选的可靠性和精确性,提高计算效率,并且减少振动主动控制位置优选过程的反复计算量,对整个振动主动控制系统设计具有非常重要的意义。

现有技术中，采用多目标优化和PCL开发技术，针对直升机结构振动控制作动器/被动吸振器安装位置优选，应用于最优减振效果设计，在实际使用过程中发现：作动器/被动吸振器安装位置实现方法工程应用性低，方法复杂度高，中间处理的数据量非常大，得到的结果在工程上基本不可实施。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种直升机振动主动控制位置优选方法，可有效优选出作动器/被动吸振器安装位置。位置优选方法主要由数据综合、传递函数计算、优化、数据库和分析与结果处理组成。

本发明的直升机振动主动控制位置优选方法，主通过直升机有限 元模型，建立传递函数，其特征在于还包括如下步骤：

将传递函数和直升机飞行载荷作为输入，优化出作动器/被动吸振器安装位置、作动器安装数量，并给出对应的减振效率；

根据不同的飞行载荷、飞行状态，采用综合减振效率结合的方法筛选出最优作动器/被动吸振器安装位置和作动器安装数量。

优选的是，根据试验模态数据，通过修正直升机有限元模型的刚度、质量和质量分布使得有限元模型的计算模态与试验模态匹配，使用修正有限元模型提取传递函数计算模型矩阵。

在上述任一方案中优选的是，在根据传递函数计算模型矩阵计算不同组合作动器/被动吸振器安装位置、作动器安装数量的传递函数结果矩阵。

在上述任一方案中优选的是，将飞行载荷数据输入到直升机修正有限元模型中，计算直升机机体响应矩阵，将直升机机体响应矩阵，传递函数结果矩阵作为数据输入到优化算法中，以减振效率为优化参数，对作动器/被动吸振器安装位置、作动器安装数量进行评价优化，其评价优化公式为，

$\eta =\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\left(g^i\right)}^2}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\left(g_0^i\right)}^2}}$

其中，gⁱ为第i个评价点处响应，为初始第i个评价点初始响应，η为减振效率，之后通过求η的最小值得到最优作动器/被动吸振器安装位置、作动器安装数量组合。

在上述任一方案中优选的是，将得到的最优作动器/被动吸振器安 装位置、作动器安装数量组合作为输入，输入到减振效率公式中，

$\kappa =w_1\frac{{\eta }_1}{\Sigma F_i}+w_2\frac{{\eta }_2}{\Sigma F_i}+L+w_i\frac{{\eta }_j}{\Sigma F_i},$dB/KN 

compare(MAX(F_i))

式中：κ为减振效率比，η为减振效率，w为加权系数。w＝[w₁ w₂ w₃]，分别对应不同飞行速度，进一步选取减振效率最高者作为最优作动器/被动吸振器安装位置、作动器安装数量组合。

本发明的关键点：

1)有限元模型与试验数据结合提高传递函数计算的准确性；

2)将带约束多目标优化方法应用在直升机振动主动/被控制位置优选；

3)已入了加权减振效率计算。

本实用方法使用简单，操作方便，优化出的安装位置准确，优化过程耗时短。本发明独立于直升机机体结构，适用于不同的机型而不需做任何修改。在大规模的优化中，人工工作量增加不大，可快速完成优化

附图说明

图1是按照本发明直升机振动主动控制位置优选方法的一优选实施例的流程图。

图2是图1所示实施例的计算作动器/被动吸振器到评价点的传递函数时各点的Z向响应分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所涉及的直升机振动主动控制位置优选方法做进一步详细说明。

如图1所示，首先、建立直升机有限元模型，根据实际作动器可安装位置以及评价位置初步确定18个作动器安装候选位置，建立直 升机有限元模型，根据试验模态数据修正直升机有限元计算模型，使用修正后的直升机有限元建立传递函数计算模型；结合修正后直升机传递函数计算模型，计算作动器/被动吸振器到评价点的传递函数；

之后，将传递函数和直升机飞行载荷作为输入，优化出作动器/被动吸振器安装位置、作动器安装数量，并给出对应的减振效率；

在该步骤中，首先优化出作动器/被动吸振器安装位置、作动器安装数量，优化方法及公式如下：

桨毂力为F_r，桨毂到各评价点处的传递函数表示为T₀，评价点初始响应为G₀＝T₀F_r，

对给定的一组n个作动器组合其对应的作动器到各评价点的传递函数为T₁、T₂L T_n，作动器输出力为F₁、F₂L F_n，评价点处响应G

$G=G_0+\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{T}_i{F}_i$

评价准则

$\eta =\sqrt{\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\left(g^i\right)}^2}{\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\left(g_0^i\right)}^2}}$

其中，gⁱ为第i个评价点处响应，为初始第i个评价点初始响应，η为减振效率。

因此，该问题归结为求η的最小值，表示为

minη(f),abs(f_i)≤f_astrict,i＝1L n

最后，根据不同的飞行载荷、飞行状态，采用综合减振效率结合的方法筛选出最优作动器/被动吸振器安装位置和作动器安装数量。

在该步骤中，采用综合减振效率结合的方法筛选出最优作动器/被动吸振器安装位置和作动器安装数量，其减振效率公式为：

$\kappa =w_1\frac{{\eta }_1}{\Sigma F_i}+w_2\frac{{\eta }_2}{\Sigma F_i}+L+w_i\frac{{\eta }_j}{\Sigma F_i},$dB/KN 

compare(MAX(F_i))

式中：κ为减振效率比，η为减振效率，w为加权系数。w＝[w₁ w₂ w₃]，分别对应不同飞行速度，具体见表1所示。

表1本文优选结果

需要说明的是，本发明直升机振动主动控制位置优选方法包括上述实施例中的任何一项及其任意组合，但上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明范围进行限定，在不脱离本发明设计精神前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。