旋转导弹的弹性振动模态测试方法

摘要

本发明提供了一种旋转导弹的弹性振动模态测试方法，其包括以下步骤：步骤一，通过两根弹性绳将导弹水平悬挂，导弹与弹性绳之间利用滚转轴承连接，使导弹绕纵轴自由滚转；导弹一端通过夹具与一个柔性转轴连接，一个滚转驱动装置通过柔性转轴驱动导弹滚转，使得弹体能够产生横向自由位移同时转速可控，消除滚转驱动对弹体尾端的边界约束；步骤二，由电机、减速装置、柔性转轴和驱动控制器构成的滚转驱动装置，能够驱动导弹达到并维持指定转速滚转，转速在0～20转/秒范围内连续可调。本发明获得了导弹旋转状态下的弹性响应特性，可以应用于导弹在旋转状态下的模态测试。

权利要求

1.一种旋转导弹的弹性振动模态测试方法，其特征在于，所述旋转导弹的弹性振动模态测试方法包括以下步骤：步骤一，通过两根弹性绳将导弹水平悬挂，导弹与弹性绳之间利用滚转轴承连接，使导弹绕纵轴自由滚转；导弹一端通过夹具与一个柔性转轴连接，一个滚转驱动装置通过柔性转轴驱动导弹滚转，使得弹体能够产生横向自由位移同时转速可控，消除滚转驱动对弹体尾端的边界约束；

步骤二，由电机、减速装置、柔性转轴和驱动控制器构成的滚转驱动装置，能够驱动导弹达到并维持指定转速滚转，转速在0～20转/秒范围内连续可调；

步骤三，将导弹沿轴向等分为N个站点，N为自然数且N≥10，每个站点安装加速度传感器，传感器一字贴装在弹体表面，加速度传感器响应输出由无线数据传输装置实时发送到地面基站，并由第一数据记录仪记录响应信号；

步骤四，利用力锤垂直向上激励滚转轴承，激励信号经电荷放大器输出到第二数据记录仪，并与第一数据记录仪的传感器响应信号一起输入到频谱分析仪，采用正交多项式方法识别导弹在给定转速下的模态参数；

所述滚转轴承的刚度、夹具的刚度都大于被试导弹最大试验频率的1.5倍；弹性绳的频率小于被试导弹一阶频率的10％；弹性绳的弹体初始水平最大允许误差不超过5‰，弹性绳的拉伸率应在40％～60％之间；滚转轴承和夹具的总质量不超过全弹质量的2％；

所述滚转轴承由内层抱箍、单列深沟球轴承，外层抱箍和轴向挡板组成，内层抱箍能够固定在弹体表面，外层抱箍与弹性绳连接；

所述柔性转轴为钢质圆杆结构，其弯曲频率小于被试导弹一阶频率的10％，在该约束条件下的被试导弹的一阶模态频率与自由模态频率相比偏差小于1％，二阶模态频率偏差小于3％，三阶模态频率偏差小于5％；

所述加速度传感器分组与多个无线数据传输装置连接；

所述旋转导弹的弹性振动模态测试方法采用安装支架、弹性绳、滚转轴承、滚转驱动装置、无线传感器测量系统、力锤激励系统以及频谱分析仪，滚转驱动装置由夹具、柔性转轴、电机、减速装置和驱动控制器组成，无线传感器测量系统由加速度传感器、无线数据传输装置、地面基站和第一数据记录仪组成，力锤激励系统由力锤、电荷放大器和第二数据记录仪组成；

所述柔性转轴和导弹成一条直线，且在同一水平平面内；

所述频谱分析仪采用正交多项式方法识别导弹在给定转速下的模态参数，正交多项式方法是以频响函数的有理分式为数学模型，对系统微分方程进行拉氏变换，构造方程组，求出系统的特征值与特征向量，最终识别出各模态参数。

说明书

旋转导弹的弹性振动模态测试方法

技术领域

[0001] 本发明涉及导弹弹性振动及模态测试领域，具体地，涉及一种旋转导弹的弹性振动模态测试方法。

背景技术

[0002] 旋转导弹由于成本低、响应快速、利于小型化和适装性好等特点，在制导武器领域具有巨大的发展潜力和应用前景。为了提高的快速性，减小飞行阻力，旋转导弹通常设计较大的长细比，因此结构刚度较低；同时随着机动性要求的提高，导弹飞行过载越来越大。在大攻角条件下，弹体会产生严重的弹性变形。以美国拉姆导弹为例，其长细比超过20，最大飞行过载45g以上，弹体纵侧向弹性振动显著。

[0003] 纵侧向弹性振动是高机动导弹总体设计和控制系统设计必须考虑的，尤其是对于旋转导弹，弹体在旋转状态下弹性振动模态特性将发生变化，同时所受气动载荷也随转速周期性变化，导致弹性运动与旋转运动产生严重的交叉耦合作用。一方面交叉耦合降低弹体的动态稳定性，可能导致导弹飞行中出现由于弹性变形引起的动态不稳定；另一方面，耦合动力学响应严重影响控制反馈传感器的测量输出，导致按照非旋转情况设计的控制系统在实际飞行中控制不收敛，造成飞行失败。

[0004] 为了解决旋转导弹弹性振动给总体设计和制导控制系统设计带来的影响，准确获得导弹在旋转条件下的弹性振动特性是十分重要的。采用试验手段获取导弹弹性模态参数随转速的变化规律，是导弹动力学建模和控制系统设计的基础。针对非旋转导弹的弹性模态测试方法已经发展成熟，但是该方法无法应用于导弹在旋转状态下的模态测试。

发明内容

[0005] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种旋转导弹的弹性振动模态测试方法，其获得了导弹旋转状态下的弹性响应特性，可以应用于导弹在旋转状态下的模态测试。

[0006] 根据本发明的一个方面，提供一种旋转导弹的弹性振动模态测试方法，其特征在于，所述旋转导弹的弹性振动模态测试方法包括以下步骤：

[0007] 步骤一，通过两根弹性绳将导弹水平悬挂，导弹与弹性绳之间利用滚转轴承连接，使导弹绕纵轴自由滚转；导弹一端通过夹具与一个柔性转轴连接，一个滚转驱动装置通过柔性转轴驱动导弹滚转，使得弹体能够产生横向自由位移同时转速可控，消除滚转驱动对弹体尾端的边界约束；

[0008] 步骤二，由电机、减速装置、柔性转轴和驱动控制器构成的滚转驱动装置，能够驱动导弹达到并维持指定转速滚转，转速在0～20转/秒范围内连续可调；

[0009] 步骤三，将导弹沿轴向等分为N个站点，N为自然数且N≥10，每个站点安装加速度传感器，传感器一字贴装在弹体表面，加速度传感器响应输出由无线数据传输装置实时发送到地面基站，并由第一数据记录仪记录响应信号；

[0010] 步骤四，利用力锤垂直向上激励滚转轴承，激励信号经电荷放大器输出到第二数据记录仪，并与第一数据记录仪的传感器响应信号一起输入到频谱分析仪，采用正交多项式方法识别导弹在给定转速下的模态参数。

[0011] 优选地，所述滚转轴承的刚度、夹具的刚度都大于被试导弹最大试验频率的1.5 倍；弹性绳的频率小于被试导弹一阶频率的10％；弹性绳的弹体初始水平最大允许误差不超过5‰，弹性绳的拉伸率应在40％～60％之间；滚转轴承和夹具的总质量不超过全弹质量的2％。

[0012] 优选地，所述滚转轴承由内层抱箍、单列深沟球轴承，外层抱箍和轴向挡板组成，内层抱箍能够固定在弹体表面，外层抱箍与弹性绳连接。

[0013] 优选地，所述柔性转轴为钢质圆杆结构，其弯曲频率小于被试导弹一阶频率的 10％，在该约束条件下的被试导弹的一阶模态频率与自由模态频率相比偏差小于1％，二阶模态频率偏差小于3％，三阶模态频率偏差小于5％。

[0014] 优选地，所述加速度传感器分组与多个无线数据传输装置连接。

[0015] 优选地，所述旋转导弹的弹性振动模态测试方法采用安装支架、弹性绳、滚转轴承、滚转驱动装置、无线传感器测量系统、力锤激励系统以及频谱分析仪，滚转驱动装置由夹具、柔性转轴、电机、减速装置和驱动控制器组成，无线传感器测量系统由加速度传感器、无线数据传输装置、地面基站和第一数据记录仪组成，力锤激励系统由力锤、电荷放大器和第二数据记录仪组成。

[0016] 优选地，所述柔性转轴和导弹成一条直线，且在同一水平平面内。

[0017] 优选地，所述频谱分析仪采用正交多项式方法识别导弹在给定转速下的模态参数，正交多项式方法是以频响函数的有理分式为数学模型，对系统微分方程进行拉氏变换，构造方程组，求出系统的特征值与特征向量，最终识别出各模态参数。

[0018] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明采用由滚转轴承组成的悬挂系统，试验过程中弹体可以自由旋转，同时通过滚转驱动装置，弹体转速可控并线性可调。采用由柔性转轴组成的滚转驱动系统，柔性转轴为钢制圆杆结构，能够传递电机产生的滚转驱动力矩，同时由于其结构模态频率远小于导弹的纵侧向结构模态频率，对测试结果影响可以忽略。采用由高灵敏度加速度计组成的无线传感器测量系统，解决了加速度传感器在导弹滚转过程中引起的导线缠绕问题。本发明获得了导弹旋转状态下的弹性响应特性，可用于指导旋转导弹总体设计和控制系统设计。

附图说明

[0019] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

[0020] 图1为本发明的旋转导弹的弹性振动模态测试方法的工作原理图。

具体实施方式

[0021] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

[0022] 如图1所示，本发明旋转导弹的弹性振动模态测试方法包括以下步骤：

[0023] 步骤一，通过两根弹性绳将导弹水平悬挂，导弹与弹性绳之间利用滚转轴承连接，使导弹可以绕其纵轴自由滚转；导弹一端(通常选择尾端)通过夹具与一个柔性转轴连接，一个滚转驱动装置通过柔性转轴驱动导弹滚转，使得弹体能够产生横向自由位移同时转速可控，消除滚转驱动对弹体尾端的边界约束；

[0024] 步骤二，由电机、减速装置、柔性转轴和驱动控制器构成的滚转驱动装置，能够驱动导弹达到并维持指定转速滚转，转速在0～20转/秒范围内连续可调；

[0025] 步骤三，将导弹沿轴向等分为N个站点，N为自然数且N≥10，每个站点安装加速度传感器，传感器一字贴装在弹体表面，加速度传感器响应输出由无线数据传输装置实时发送到地面基站，并由第一数据记录仪A记录响应信号；

[0026] 步骤四，利用力锤垂直向上激励滚转轴承，激励信号经电荷放大器输出到第二数据记录仪B，并与第一数据记录仪A的传感器响应信号一起输入到频谱分析仪，采用正交多项式方法识别导弹在给定转速下的模态参数。

[0027] 滚转轴承的刚度、夹具的刚度都大于被试导弹最大试验频率的1.5倍；弹性绳的频率小于被试导弹一阶频率的10％；弹性绳的弹体初始水平最大允许误差不超过5‰，弹性绳的拉伸率应在40％～60％之间；滚转轴承和夹具的总质量不超过全弹质量的2％，提高精确度。

[0028] 滚转轴承由内层抱箍、单列深沟球轴承，外层抱箍和轴向挡板组成，内层抱箍能够固定在弹体表面，外层抱箍与弹性绳连接，这样提高强度。

[0029] 柔性转轴为钢质圆杆结构，其弯曲频率小于被试导弹一阶频率的10％，在该约束条件下的被试导弹的一阶模态频率与自由模态频率相比偏差小于1％，二阶模态频率偏差小于3％，三阶模态频率偏差小于5％，提高精确度。

[0030] 试验中，导弹由电机驱动达到并维持在指定的转速，利用力锤脉冲式激励滚转轴承的外壁，通过无线数据传输装置将弹上加速度传感器输出传递到地面基站并记录。根据数据记录仪采集的激励和响应信号，利用频谱分析仪采用正交多项式方法识别导弹在给定转速下的模态参数。该方法获得了导弹旋转状态下的弹性响应特性，可用于指导旋转导弹总体设计和控制系统设计。

[0031] 加速度传感器分组与多个无线数据传输装置连接，使得弹体滚转不被连接导线干扰。

[0032] 本发明旋转导弹的弹性振动模态测试方法采用安装支架1、弹性绳、滚转轴承、滚转驱动装置、无线传感器测量系统、力锤激励系统以及频谱分析仪，滚转驱动装置由夹具、柔性转轴、电机、减速装置和驱动控制器组成，无线传感器测量系统由加速度传感器、无线数据传输装置、地面基站和第一数据记录仪组成，力锤激励系统由力锤、电荷放大器和第二数据记录仪组成，这样使用方便，结构简单，成本低。柔性转轴和导弹成一条直线，且在同一水平平面内，这样提高稳定性。

[0033] 第一数据记录仪和第二数据记录仪将存储数据(比如响应信号)输出到频谱分析仪，频谱分析仪采用正交多项式方法识别导弹在给定转速下的模态参数，正交多项式方法是以频响函数的有理分式为数学模型，对系统微分方程进行拉氏变换，构造方程组，求出系统的特征值与特征向量，最终识别出各模态参数，这样提高准确性。

[0034] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。