CN114506471B - 一种飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法，属于环境适应性技术领域，解决了现有通过模态试验方式确定一阶弯曲频率存在的系统复杂、周期长及试验成本较高等问题。该方法包括：在飞机悬挂物上的过载测量点处安装过载传感器，并连接过载传感器与测量系统；进行地面试验时，对飞机悬挂物进行弹射，通过测量系统采集弹射过程中的过载数据，获得有效过载数据；对有效过载数据进行n阶小波分解，得到n阶小波分解结果；按照阶次由高到低的顺序依次分析各阶小波分解结果，从首个满足震荡特征、且相邻波峰周期一致的阶次的小波分解结果中提取出连续的多个周期的波峰时刻；基于所述连续的多个周期的波峰时刻，获取飞机悬挂物的一阶弯曲频率。

Description

一种飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法

技术领域

本发明涉及环境适应性技术领域，尤其涉及一种飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法。

背景技术

飞机悬挂物的一阶弯曲频率是悬挂物的重要特性，直接对载机投放安全造成影响。为了准确获得悬挂物的一阶弯曲频率，一般会采用模态试验的方法对一阶弯曲频率进行测量。

采用模态试验获取悬挂物的一阶频率时，在试验件上布置多个振动测量点，构建空间节点模型，一般先采用单点或多点步进正弦方法获取初步模态，再采用多点稳态正弦调谐方法识别模态参数(包括一阶频率)。该过程参考标准GJB2999.6航天器与运载火箭匹配试验方法第6部分：器箭模态试验。模态试验系统复杂，周期长，试验成本较高。

因此，如何设计一种试验系统简单、周期较短、试验成本较低的飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方式，是亟需解决的问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法，用以解决现有技术存在的上述缺陷。

本发明实施例公开了一种飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法，包括：

在飞机悬挂物上的过载测量点处安装过载传感器，并将过载传感器与测量系统相连；

进行地面试验时，对飞机悬挂物进行弹射，通过测量系统采集弹射过程中的过载数据，飞机悬挂物落地后停止记录，获得有效过载数据；

对有效过载数据进行n阶小波分解，得到n阶小波分解结果；

按照阶次由高到低的顺序依次分析各阶小波分解结果，从首个满足震荡特征、且相邻波峰周期一致的阶次的小波分解结果中提取出连续的多个周期的波峰时刻；

基于所述连续的多个周期的波峰时刻，获取飞机悬挂物的一阶弯曲频率。

在上述方案的基础上，本发明还做出了如下改进：

进一步，通过以下方式判断各阶小波分解结果是否满足震荡特征、且相邻波峰周期一致：

对于小波分解结果中的正向过载方向、负向过载方向上的过载数据，分别执行：

记录小波分解结果中连续的、过载峰值大于过载最大值的x％的峰值时刻，将记录的峰值时刻作为有效峰值；

在所述有效峰值中，选取过载最大值的峰值时刻，以及过载最大值的峰值时刻前后、至少三个相邻的峰值时刻，将相邻两个峰值时刻的时间间隔作为相应的相邻波峰周期；

若各个相邻波峰周期与相邻波峰周期均值的误差在y％以内，则当前过载方向上的相邻波峰周期一致；

若正向过载方向与负向过载方向的相邻波峰周期均值的误差在y％以内，则当前阶次的小波分解结果满足震荡特征、且相邻波峰周期一致；

其中，x％表示过载峰值比值阈值，y％表示误差阈值。

进一步，将满足相邻波峰周期一致的多个相邻的峰值时刻作为所述连续的多个周期的波峰时刻。

进一步，所述基于所述连续的多个周期的波峰时刻，获取飞机悬挂物的一阶弯曲频率，包括：

从所述连续的多个周期的波峰时刻中，任意选取两个正向过载方向或者两个负向过载方向的波峰时刻，并获取所选取的两个波峰时刻之间的周期数；

计算所选取的两个正向过载方向或者负向过载方向的波峰时刻之间差值的绝对值；

将所述周期数与所述差值的绝对值的比值作为所述飞机悬挂物的一阶弯曲频率。

进一步，所述周期数大于3。

进一步，通过以下方式确定所述小波分解阶数n：

若log2(fs/f0)为整数，则n取log2(fs/f0)-1；否则，n取log2(fs/f0)的整数部分；

其中，fs表示测量系统中过载通道的采样频率；f0表示飞机悬挂物的一阶弯曲频率的下限。

进一步，所述有效过载数据分为Y轴有效过载数据和Z轴有效过载数据；

分别处理Y轴有效过载数据和Z轴有效过载数据，以分别获取飞机悬挂物的Y轴一阶弯曲频率和Z轴一阶弯曲曲率。

进一步，将所述过载测量点布置在飞机悬挂物质心的位置。

进一步，若所述过载传感器和测量系统之间为有线连接，则将测量系统直接采集到的数据作为有效过载数据。

进一步，若所述过载传感器和测量系统之间为无线连接，则测量系统在数据采集过程中还记录稳态电压信号；

若稳态电压信号的遥测值与实际值之间的偏差小于遥测偏差阈值，则将测量系统直接采集到的数据作为有效过载数据；否则，测量系统无法采集到有效过载数据。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

本实施例提供的飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法，具备如下有益效果：

第一，该方法考虑到飞机悬挂物在投放初期受到弹射力激励时，激发了在固有频率的响应，随即弹射力消失，物体处于自由状态，其上的响应维持了在固有频率的响应，只是存在衰减，通过对过载信号进行小波分解，可以在悬挂物的固有频率所在频率范围内，发现明显的周期震荡从而，因此能够识别出悬挂物的一阶固有频率。

第二，该方法可以有效解决悬挂物的一阶弯曲频率测量的复杂问题，能够在不进行模态试验的情况下，仅通过在弹射试验中对悬挂物进行过载测量，即可获取悬挂物的一阶弯曲频率，其成果可推广至各种机载悬挂物的一阶弯曲频率确定过程中。

第三，通过采用本实施例中的方法，既提高了弹射试验数据利用的程度，又降低了一阶弯曲频率测量系统复杂度，降低了试验成本。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例1中的飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法流程图；

图2为测量系统测得的Y轴的有效过载数据的归一化过载曲线；

图3为8阶小波分解结果及概略部分曲线示意图。

图4为为满足震荡特征、且相邻波峰周期一致的阶次的小波分解结果。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明的一个具体实施例，公开了一种飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法，流程图如图1所示，包括以下步骤：

步骤S1：在飞机悬挂物上的过载测量点处安装过载传感器，并将过载传感器与测量系统相连；

一般地，将过载测量点布置在飞机悬挂物的质心的位置。同时，在选择过载传感器时，优选具有零频测量能力的电容式或压阻式过载传感器进行过载测量，量程一般选用±50g。在设置测量系统的测量参数时，测量系统的过载通道的采样频率fs应大于500Hz，采用低通滤波，滤波频率≥100Hz，一般不高于200Hz。

步骤S2：进行地面试验时，对飞机悬挂物进行弹射，通过测量系统采集弹射过程中的过载数据，飞机悬挂物落地后停止记录，获得有效过载数据。

为保证后续处理过程中数据的有效性，避免将干扰信号误识别为有效信号，在本实施例中，对于不同连接方式得到的过载数据，进行如下分析：

若所述过载传感器和测量系统之间为有线连接，此时，测量系统获取的数据精度较高、受干扰较小，因此，可以将测量系统直接采集到的数据作为有效过载数据，以进行后续的数据分析。

若所述过载传感器和测量系统之间为无线连接，由于遥测方式采样精度低、且较易受到干扰，因此，需要在弹射过程中使用测量系统(遥测方式)记录一个稳态电压信号(如+3V)，即，测量系统在数据采集过程中还记录稳态电压信号；若稳态电压信号的遥测值与实际值之间的偏差小于遥测偏差阈值(如，误差小于±5％)，则将测量系统直接采集到的数据作为有效过载数据；否则，测量系统采集到的过载数据无效，此时，测量系统无法采集到有效过载数据。

此外，需要注意的是，在飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定过程中，有效过载数据分为Y轴有效过载数据和Z轴有效过载数据；分别处理Y轴有效过载数据和Z轴有效过载数据(执行步骤S3-S5)，以分别获取飞机悬挂物的Y轴一阶弯曲频率和Z轴一阶弯曲曲率。同时，由于X轴方向本身不存在一阶弯曲频率，因此，在本实施例中，无需考虑X轴方向。即，测量系统的测量方向为Y向和Z向，以用于分别处理得到Y向和Z向的一阶弯曲频率。

步骤S3：对有效过载数据进行n阶小波分解，得到n阶小波分解结果。

考虑到小波分解后的细节部分频率下限应低于飞机悬挂物的一阶弯曲频率的最小值，因此，在本实施例中，通过以下方式确定小波分解阶数n：

若log2(fs/f0)为整数，则n取log2(fs/f0)-1；否则，n取log2(fs/f0)的整数部分；

其中，f0表示飞机悬挂物的一阶弯曲频率下限。常见地，飞机悬挂物的一阶弯曲频率一般为20Hz以上，因此，小波分解后的细节部分频率下限应低于20Hz。

在各阶小波分解结果中，阶次越高，其对应的频率越低，因此，在本实施例中，可以按照阶次由高到低的顺序，迅速确定一阶弯曲频率体现较为明显的小波分解结果的阶次，并基于所确定的阶次的小波分解结果，获得飞机悬挂物的一阶弯曲频率。

步骤S4：按照阶次由高到低的顺序依次分析各阶小波分解结果，从首个满足震荡特征、且相邻波峰周期一致的阶次的小波分解结果中提取出连续的多个周期的波峰时刻；

具体地，按照dn→d(n-1)→……→d1的顺序，通过以下方式判断各阶小波分解结果是否满足震荡特征、且相邻波峰周期一致：

步骤S41：对于小波分解结果中的正向过载方向、负向过载方向上的过载数据，分别执行：

步骤S411：记录小波分解结果中连续的、过载峰值大于过载最大值的x％的峰值时刻；其中，x％表示过载峰值比值阈值，优选地，x取20，即，当过载峰值大于过载最大值的20％时，将其作为有效峰值。

步骤S412：在上述有效峰值中，选取过载最大值的峰值时刻，以及过载最大值的峰值时刻前后、至少三个相邻的峰值时刻，将相邻两个峰值时刻的时间间隔作为相应的相邻波峰周期；

优选的，在过载最大值的峰值时刻前选择两个相邻的峰值时刻，在过载最大值的峰值时刻后选择两个相邻的峰值时刻，再加上过载最大值的峰值时刻，共计五个相邻的峰值时刻；

步骤S413：若各个相邻波峰周期与相邻波峰周期均值的误差在y％以内，则当前过载方向上的相邻波峰周期一致；y％表示误差阈值，优选地，y取10。

步骤S42：若正向过载方向与负向过载方向的相邻波峰周期均值的误差在y％以内，则当前阶次的小波分解结果满足震荡特征、且相邻波峰周期一致；

在本实施例中，将步骤S4中满足相邻波峰周期一致的多个相邻的峰值时刻(包含了正向过载方向和负向过载方向的波峰时刻)作为所述连续的多个周期的波峰时刻。

步骤S5：基于所述连续的多个周期的波峰时刻，获取飞机悬挂物的一阶弯曲频率。具体地，

步骤S51：从所述连续的多个周期的波峰时刻中，任意选取两个正向过载方向或者两个负向过载方向的波峰时刻，并获取所选取的两个波峰时刻之间的周期数；为了降低计算误差，周期数一般大于3。

步骤S52：计算所选取的两个正向过载方向或者两个负向过载方向的波峰时刻之间差值的绝对值；

步骤S53：将所述周期数与所述差值的绝对值的比值作为所述飞机悬挂物的一阶弯曲频率。

综上，本实施例提供的飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法，考虑到飞机悬挂物在投放初期受到弹射力激励时，激发了在固有频率的响应，随即弹射力消失，物体处于自由状态，其上的响应维持了在固有频率的响应，只是存在衰减，通过对过载信号进行小波分解，可以在悬挂物的固有频率所在频率范围内，发现明显的周期震荡，因此能够识别出悬挂物的一阶固有频率。

此外，本实施例提供的飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法，可以有效解决悬挂物的一阶弯曲频率测量的复杂问题，能够在不进行模态试验的情况下，仅通过在弹射试验中对悬挂物进行过载测量，即可获取悬挂物的一阶弯曲频率，其成果可推广至各种机载悬挂物的一阶弯曲频率确定过程中。通过采用本实施例中的方法，既提高了弹射试验数据利用的程度，又降低了一阶弯曲频率测量系统复杂度，降低了试验成本。

实施例2

本发明具体实施例2，通过实例验证了实施例1中飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法的有效性。

图2为测量系统测得的Y轴的有效过载数据的归一化过载曲线；图3是8阶小波分解结果示意图。按照阶次由高到低的顺序依次分析图3中各阶小波分解结果，在d8信号中首次发现震荡特征、且相邻波峰周期一致，并从中提取出连续的多个周期的波峰时刻。图4为满足震荡特征、且相邻波峰周期一致的阶次的小波分解结果。然后，从连续的多个周期的波峰时刻中提取出t1＝-0.01094s，t2＝0.0748s，两个波峰之间的周期数m＝3，则一阶弯曲频率f＝m/(t2-t1)＝35Hz。

通过将该向一阶弯曲频率与模态试验结果进行对比，误差在10％以内，满足工程应用精度。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法，其特征在于，包括：

在飞机悬挂物上的过载测量点处安装过载传感器，并将过载传感器与测量系统相连；

进行地面试验时，对飞机悬挂物进行弹射，通过测量系统采集弹射过程中的过载数据，飞机悬挂物落地后停止记录，获得有效过载数据；

对有效过载数据进行n阶小波分解，得到n阶小波分解结果；

按照阶次由高到低的顺序依次分析各阶小波分解结果，从首个满足震荡特征、且相邻波峰周期一致的阶次的小波分解结果中提取出连续的多个周期的波峰时刻；

基于所述连续的多个周期的波峰时刻，获取飞机悬挂物的一阶弯曲频率；

通过以下方式判断各阶小波分解结果是否满足震荡特征、且相邻波峰周期一致：

对于小波分解结果中的正向过载方向、负向过载方向上的过载数据，分别执行：

记录小波分解结果中连续的、过载峰值大于过载最大值的x％的峰值时刻，将记录的峰值时刻作为有效峰值；

在所述有效峰值中，选取过载最大值的峰值时刻，以及过载最大值的峰值时刻前后、至少三个相邻的峰值时刻，将相邻两个峰值时刻的时间间隔作为相应的相邻波峰周期；

若各个相邻波峰周期与相邻波峰周期均值的误差在y％以内，则当前过载方向上的相邻波峰周期一致；

若正向过载方向与负向过载方向的相邻波峰周期均值的误差在y％以内，则当前阶次的小波分解结果满足震荡特征、且相邻波峰周期一致；

其中，x％表示过载峰值比值阈值，y％表示误差阈值。

2.根据权利要求1所述的飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法，其特征在于，将满足相邻波峰周期一致的多个相邻的峰值时刻作为所述连续的多个周期的波峰时刻。

3.根据权利要求2所述的飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法，其特征在于，所述基于所述连续的多个周期的波峰时刻，获取飞机悬挂物的一阶弯曲频率，包括：

从所述连续的多个周期的波峰时刻中，任意选取两个正向过载方向或者两个负向过载方向的波峰时刻，并获取所选取的两个波峰时刻之间的周期数；

计算所选取的两个正向过载方向或者负向过载方向的波峰时刻之间差值的绝对值；

将所述周期数与所述差值的绝对值的比值作为所述飞机悬挂物的一阶弯曲频率。

4.根据权利要求3所述的飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法，其特征在于，所述周期数大于3。

5.根据权利要求1所述的飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法，其特征在于，通过以下方式确定所述小波分解阶数n：

若log2(fs/f0)为整数，则n取log2(fs/f0)-1；否则，n取log2(fs/f0)的整数部分；

其中，fs表示测量系统中过载通道的采样频率；f0表示飞机悬挂物的一阶弯曲频率的下限。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法，其特征在于，所述有效过载数据分为Y轴有效过载数据和Z轴有效过载数据；

分别处理Y轴有效过载数据和Z轴有效过载数据，以分别获取飞机悬挂物的Y轴一阶弯曲频率和Z轴一阶弯曲曲率。

7.根据权利要求1所述的飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法，其特征在于，将所述过载测量点布置在飞机悬挂物质心的位置。

8.根据权利要求1所述的飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法，其特征在于，若所述过载传感器和测量系统之间为有线连接，则将测量系统直接采集到的数据作为有效过载数据。

9.根据权利要求8所述的飞机悬挂物的一阶弯曲频率确定方法，其特征在于，若所述过载传感器和测量系统之间为无线连接，则测量系统在数据采集过程中还记录稳态电压信号；

若稳态电压信号的遥测值与实际值之间的偏差小于遥测偏差阈值，则将测量系统直接采集到的数据作为有效过载数据；否则，测量系统无法采集到有效过载数据。

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