PDF《火箭结构系统纵向模态自动辨识方法 س》

第12卷第 3期2014年 9月16726553/2014/12⑶/

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5 动力学与控制学报JOURNALO FD Y N A M I C SA N DC O N T R O L V o l .

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2 0收到第 1稿,

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1 1收到修改稿. 国家自然科学基金资助项目(

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4 0 ) L通讯作者 E m a i l : t a n g y e

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6 3 . c o m 火箭结构系统纵向模态自动辨识方法 方勃1 ,

2 唐冶1 L 杨飞虎3 张业伟4 臧健2 (

1 . 哈尔滨工业大学航天学院, 哈尔滨

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2 . 沈阳航空航天大学航空航天工程学部, 沈阳

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3 6 ) (

3 . 北京环境强度研究所, 北京

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4 . 上海大学上海市应用数学和力学研究所, 上海

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7 2 ) 摘要 针对工程中需要从火箭结构系统的整体模态中识别纵向模态, 根据模态有效质量理论, 提出了一种 识别火箭结构系统纵向模态的自动辨识方法. 以具有集中质量系统的振动特性作为算例, 通过有限元软件, 建立了具有集中质量系统的梁模型, 利用自动辨识的方法, 自动辨识出系统的纵向模态, 并与应用模态分析 法所计算的系统模态信息相比较, 这种自动辨识方法不仅能准确的辨识出振动系统的纵向模态,而且还具 有自动高效的识别特点. 为准确快速建立液体火箭 P O G O振动系统的动力学模型等工程系统的模型提供理 论依据. 关键词 火箭结构系统, 纵向模态, 模态有效质量, 自动辨识, 模态分析 D O I :

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3 引言 液体火箭 P O G O振动的现象是指液体火箭推 进系统的流体脉动和箭体结构系统的纵向振动发 生耦合而产生的自激振动, 这种振动现象会给火箭 飞行带来很多不利的影响[

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7 ] . 从箭体结构整体模 态中挑出纵向模态可准确把握火箭结构系统的纵 向振动特性, 这是分析和抑制 P O G O振动的前提和 基础. 对于火箭结构系统的模态信息, 学者们主要 采用了有限元和试验的方法通过计算而得到. P a n 等[

8 ] 采用耦合质量方法模拟了液体推进剂, 实现了 基于梁模型的火箭结构系统的建模和动力学特性 分析. 吴素春等[

9 ] 研究了载人运载火箭全箭模态试 验技术, 取得了载人运载火箭各特征秒状态下的频 率、 振型、 阻尼和振型斜率等全部模态数据, 通过理 论分析可知试验取得的全部模态数据可靠, 为稳定 系统设计及火箭飞行过程中宇航员的振动环境提 供了试验依据. 王建民等[

1 0 ] 采用试验与有限元分 析相结合的技术途径, 对捆绑火箭模态结果进行了 分析, 并给出了捆绑火箭的模态族和纵横扭耦合模 态特征. 结构系统的模态有效质量能够反映出结构的 很多动力特征, 它代表在基础激励下, 各阶次模态 的动力学质量和模态参与因子的大小, 很多学者采 用了这种理论解决了许多工程实际的问题. 文献 [

1 1 ] 中的 C l o u g h 首次提出结构振动系统的模态有 效质量的概念用于研究结构的动力学相关问题. L i u等[

1 2 ] 基于模态有效质量理论建立了安装有效 载荷的整星隔振系统的简单模型, 并分析了阻尼和 刚度参数对此隔振系统的影响. 文献[

1 3 ] 阐述了 结构在基础激励下, 系统有效模态质量与有限元模 型的准确性之间是一种直接的关系. 文献[