Об использовании результатов модальных испытаний для коррекции расчетных моделей летательных аппаратов

Аннотация

Расчетные динамические модели летательных аппаратов разрабатываются по рабочей документации при их проектировании. Модели корректируются по результатам модальных испытаний на этапах создания и производства изделий. Результатами испытаний являются обобщенные массы, характеристики демпфирования, собственные частоты и формы собственных тонов колебаний конструкций. Диссипативные свойства расчетной модели, как правило, не корректируются, а определяются при модальных испытаниях. Формы собственных тонов колебаний выполняют контрольную функцию в процессе коррекции модели. Таким образом, остаются два параметра, которые могут быть использованы для коррекции расчетной модели летательного аппарата: собственная частота и обобщенная масса собственных тонов колебаний. Достоверность экспериментального определения этих параметров зависит от таких факторов, как случайные погрешности многоточечного возбуждения и измерения колебаний, наличие тонов с близкими собственными частотами, влияние системы упругого вывешивания летательного аппарата на время испытаний. Приведены результаты исследования погрешностей оценок собственных частот методом фазового резонанса. Оценка погрешностей расчета обобщенных масс выполнена методами монофазных колебаний, введения квадратурной составляющей возбуждения и фиктивного фазового резонанса. Показано, что погрешности расчета обобщенных масс значительно превышают погрешности определения собственных частот. Приведен метод определения обобщенных масс по амплитудно-частотным характеристикам объекта испытаний. В результате лабораторных экспериментов и испытаний натурных изделий сделан вывод о том, что коррекция параметров инерции расчетных моделей по результатам модальных испытаний не всегда целесообразна

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Бернс В.А., Душухин Д.О., Жуков Е.П. и др. Об использовании результатов модальных испытаний для коррекции расчетных моделей летательных аппаратов. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2026, № 1 (156), c. 39--56. EDN: ESDZVY

Литература

[1] Kilimtzidis S., Ginnaros E., Kotzakolios A., et al. Modeling, analysis and validation of the structural response of a large-scale composite wing by ground testing. Compos. Struct., 2023, vol. 312, art. 116897. DOI: http://doi.org/10.1016/j.compstruct.2023.116897

[2] Haywood-Alexander M., Mills R., Champneys M., et al. Full-scale modal testing of a Hawk T1A aircraft for benchmarking vibration-based methods. J. Sound Vib., 2024, vol. 576, art. 118295. DOI: http://doi.org/10.1016/j.jsv.2024.118295

[3] Lubrina P., Giclais S., Stephan C., et al. AIRBUS A350 XWB GVT: state-of-the-art techniques to perform a faster and better GVT campaign. In: Topics in modal analysis II. Cham, Springer Nature, 2014, vol. 8, pp. 243--256. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-04774-4_24

[4] Gupta A., Seiler P., Danowsky B., et al. Ground vibration tests on a flexible flying wing aircraft. AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conf., 2016, art. 1753. DOI: http://doi.org/10.2514/6. 2016-1753

[5] Dessena G., Ignatyev D., Whidborne J., et al. Ground vibration testing of a flexible wing: a benchmark and case study. Aerospace, 2022, vol. 9, no. 8, art. 438. DOI: http://doi.org/10.3390/aerospace9080438

[6] Noel J., Renson L., Kerschen G., et al. Nonlinear dynamic analysis of an F-16 aircraft using GVT data. IFASD, 2013, pp. 1--13.

[7] Lemler K., Semke W. Application of modal testing and analysis techniques on a sUAV. In: Special topics in structural dynamics. Cham, Springer Nature, 2013, vol. 6, pp. 47--57. DOI: https://doi.org/10.1007/978-1-4614-6546-1_5

[8] Coppotelli G., Grappasonni C., Arras M., et al. System identification from GVT and taxiing of an unmanned aerial vehicle. SAE Tech. Pap., 2013, paper 2013-01-2190. DOI: http://doi.org/10.4271/201301-2190

[9] Goge D. Automatic updating of large aircraft models using experimental data from ground vibration testing. Aerosp. Sc. Technol., 2003, vol. 7, no. 1, pp. 33--45. DOI: http://doi.org/10.1016/s1270-9638(02)01184-7

[10] Giclais S., Lubrina P., Stephan C. Aircraft ground vibration testing at ONERA. Aerosp. Lab J., 2016, no. 12, art. AL12-05. DOI: http://doi.org/10.12762/2016.AL12-05

[11] Pecora R., Amoroso F., Palumbo R., et al. Preliminary aeroelastic assessment of a large aeroplane equipped with a camber-morphing aileron. Proc. SPIE, 2017, vol. 101660, art. 101660E. DOI: http://doi.org/10.1117/12.2260008

[12] Kassapoglou C. Modeling the effect of damage in composite structures. Hoboken, Wiley, 2015.

[13] Zhao W., Gupta A., Regan C., et al. Component data assisted finite element model updating of composite flying-wing aircraft using multi-level optimization. Aerosp. Sc. Technol., 2019, vol. 95, art. 105486. DOI: http://doi.org/10.1016/j.ast.2019.105486

[14] Lung S., Pak C. Updating the finite element model of the aerostructures test wing using ground vibration test data. AIAA 50th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conf., 2009, vol. 2009, paper 2528.

[15] Pak C. Finite element model tuning using measured mass properties and ground vibration test data. J. Vib. Acoust., 2009, vol. 131, no. 1, art. 011009. DOI: https://doi.org/10.1115/1.2981092

[16] Mottershead J., Link M., Friswell M. The sensitivity method in finite element model updating: a tutorial. Mech. Syst. Signal Process., 2011, vol. 25, no. 7, pp. 2275--2296. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2010.10.012

[17] Holmberg E. FE-model update after GVT of a Gripen E test aircraft. IFASD, 2019, art. 40.

[18] Писаренко Г.С., Матвеев В.В., Яковлев А.П. Методы определения характеристик демпфирования колебаний упругих систем. Киев, Наукова думка, 1976.

[19] Максимов П.В. О способе задания диссипативных характеристик динамической MEMS-системы. Научные труды SWorld, 2012, т. 3, № 2, с. 37--39. EDN: PADIFX

[20] Варламов А.В., Гречишников В.М., Варламова Н.Х. и др. Модель неоднородного упруго-вязкопластического тела в описании наследственных и диссипативных свойств. Вестник СамГУПС, 2011, № 1, с. 141--144. EDN: OCQPQB

[21] Бернс В.А. Диагностика и контроль технического состояния самолетов по результатам резонансных испытаний. Новосибирск, Изд-во НГТУ, 2012.

[22] Бернс В.А. Модальная идентификация динамических систем на основе монофазных колебаний. Научный вестник НГТУ, 2010, № 3, с. 99--109. EDN: MVKCYF

[23] Васильев К.И., Смыслов В.И., Ульянов В.И. Экспериментальное исследование упругих колебаний летательных аппаратов с помощью многоканального оборудования АВДИ-1Н. Труды ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, 1975, № 1634, с. 1--36.

[24] Жаров Е.А., Смыслов В.И. Точность определения колебательных характеристик упругой конструкции при резонансных испытаниях с многоточечным возбуждением. Ученые записки ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, 1976, т. 7, № 5, с. 88--97.

[25] Лазарян В.А., Крементуло Ю.В., Яковлев В.П. и др. Об оценке погрешностей идентификации линейных механических систем алгебраическим способом. Прикладная механика, 1974, т. 10, № 9, с. 78--84.

[26] Бернс В.А., Долгополов А.В., Жуков Е.П. и др. Влияние системы упругого вывешивания на точность результатов модальных испытаний летательных аппаратов. Вестник СГАУ им. С.П. Королева, 2016, т. 15, № 1, с. 18--27. DOI: https://doi.org/10.18287/2412-7329-2016-15-1-18-27