国内做飞机跨音速颤振全模试验（即所谓超音速陷阱）的FL ...

颤振是飞行器在飞行中飞行速压超过某一临界值后出现的一种破坏性的结构振动，它是气动力、弹性力和惯性力相互作用下出现的一种自激发散振动，属于气动弹性动力学稳定性问题[1, 2, 3]。世界上因发生颤振导致飞机失事的案例很多。由于颤振危害的严重性，世界各国十分重视，对颤振进行了大量的理论和试验研究。美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)也于1960年建成了第一座专门用于研究飞行器气动弹性的跨声速动力学风洞(Transonic Dynamic Tunnel，TDT)[4, 5, 6]。但是，颤振事故仍难以完全避免。因此，对于每一架新设计的飞机，都必须进行大量的颤振分析和试验，以确保在飞行包线内不会出现颤振[7]。
目前，国内外发展了多种颤振建模和工程分析方法[8]，在亚声速和超声速范围内能够较为精确地预测颤振临界速度(俗称颤振边界)，但对于跨声速范围发生的颤振，由于不能准确考虑激波运动、激波诱导分离等非线性因素，计算方法得出的临界颤振速度误差大、置信度低。而大量研究表明，在跨声速范围内，飞行器的颤振临界速度会急剧下降，存在“跨声速凹坑”[9, 10, 11]。因此，风洞试验成为定型试飞前预测跨声速颤振边界的主要手段，对保证飞行器的飞行安全具有重要的意义。同时，风洞试验也是研究跨声速颤振机理、验证理论分析等的重要手段。
风洞颤振试验包括单独部件颤振试验、组合体部件颤振试验以及全模颤振试验。在部件之间耦合程度较低的情况下，利用部件模型进行颤振试验来校验飞行器的颤振特性是能够满足工程需求的。但是，随着材料技术的发展和越来越高的结构优化要求，各个部件的刚度越来越接近，部件之间的相互影响越来越复杂，导致飞行器的颤振特性不能再利用某个或某几个部件来获得。因此，全模颤振试验是发展新型飞行器不可或缺的试验项目。
美国NASA自1960年建成TDT风洞以后，一直在发展全模颤振试验技术，进行了大量的关于模型制作、风洞流场介质和支撑系统等研究。目前已发展出了多套全模颤振支撑系统，以及多种颤振试验流场介质，能够满足各种飞行器颤振试验要求[12, 13, 14, 15]。国内进行全模颤振试验技术研究起步较晚，直至2004年中国空气动力研究与发展中心与俄罗斯中央流体研究院(TsAGI)合作，针对2.4 m跨声速风洞(FL-26)开发了一套“悬浮支撑系统(Floating Suspension System)”，经过10年发展，国内具备了进行跨声速全模颤振试验的能力[16, 17]

全模颤振风洞模拟试验要求模型与飞行器实物空气动力学相似和结构动力学相似，有时甚至要求飞行力学相似。这给支撑系统、模型和风洞提出了苛刻的要求。

中国空气动力研究与发展中心的2.4 m跨声速风洞为引射式、半回流、暂冲型跨声速风洞，其试验段横截面为2.4 m×2.4 m，试验段马赫数范围为0.3～1.2。由于尺寸较大，动压带较宽，该风洞是目前国内开展全模高速颤振试验较理想的设备。该风洞专门考虑了气动弹性试验的流场控制要求，为颤振试验开发和研制了流场控制技术，主要包括定马赫数变总压控制技术、定总压连续变马赫数控制技术和快速降压卸载技术等
为了防止意外情况导致模型和风洞损坏，必须采用一定的紧急关车保护措施。中国空气动力研究与发展中心的全模悬浮支撑系统使用了一套自动紧急关车模型保护系统，其主要包括以下5个部分：①模型监视系统；②手动紧急关车系统；③自动紧急关车系统；④风洞控制系统；⑤模型保护装置。模型监视系统包括安装在风洞试验段壁板的摄像头和安放在分析间的监视器。手动紧急关车系统：主要装置就是手动关车按钮。自动紧急关车系统包括程控放大器、滤波器、数据采集设备和计算机。利用该套系统可以判断模型是否处于危险状态，通过计算软件来实现，即：计算机获得经过程控放大、带通滤波后的模型振动信号，如果在预设的检测时间内有多个脉冲超过了预设参考电压值，就由计算机发出关车指令。参考电压值主要依据前几次模型的振动情况和电压幅值来设定。检测时间由模型的颤振频率决定。在高速颤振试验中，模型发生颤振时，要求风洞控制系统快速关闭主调压阀，以降低动压。以上描述的自动紧急关车系统中，自动紧急关车信号的判断非常重要，它决定是否降低动压或锁住模型，其参考阈值主要依靠工程经验、系统分析以及调试结果来确定。
除了上述的紧急关车保护措施外，在高速颤振试验中，设计合理的模型保护装置也是非常重要的。美国NASA的双索悬挂系统采用了缓冲钢绳系统和一些紧急解耦装置来保护模型，而中国空气动力研究与发展中心则研发了限幅钢绳和振动抑制装置两类模型保护装置。其中，限幅钢绳一般由两根平拉(或斜拉)在翼面或控制面两边钢绳组成，其作用是限制模型的振动幅度来防止模型因振动幅度大而遭到破坏，而振动抑制装置通常安装在模型或支撑机构上，可直接抑制大幅度振动的发生

http://hkxb.buaa.edu.cn/CN/html/20150405.html颤振是飞行器在飞行中飞行速压超过某一临界值后出现的一种破坏性的结构振动，它是气动力、弹性力和惯性力相互作用下出现的一种自激发散振动，属于气动弹性动力学稳定性问题[1, 2, 3]。世界上因发生颤振导致飞机失事的案例很多。由于颤振危害的严重性，世界各国十分重视，对颤振进行了大量的理论和试验研究。美国国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration,NASA)也于1960年建成了第一座专门用于研究飞行器气动弹性的跨声速动力学风洞(Transonic Dynamic Tunnel，TDT)[4, 5, 6]。但是，颤振事故仍难以完全避免。因此，对于每一架新设计的飞机，都必须进行大量的颤振分析和试验，以确保在飞行包线内不会出现颤振[7]。
目前，国内外发展了多种颤振建模和工程分析方法[8]，在亚声速和超声速范围内能够较为精确地预测颤振临界速度(俗称颤振边界)，但对于跨声速范围发生的颤振，由于不能准确考虑激波运动、激波诱导分离等非线性因素，计算方法得出的临界颤振速度误差大、置信度低。而大量研究表明，在跨声速范围内，飞行器的颤振临界速度会急剧下降，存在“跨声速凹坑”[9, 10, 11]。因此，风洞试验成为定型试飞前预测跨声速颤振边界的主要手段，对保证飞行器的飞行安全具有重要的意义。同时，风洞试验也是研究跨声速颤振机理、验证理论分析等的重要手段。
风洞颤振试验包括单独部件颤振试验、组合体部件颤振试验以及全模颤振试验。在部件之间耦合程度较低的情况下，利用部件模型进行颤振试验来校验飞行器的颤振特性是能够满足工程需求的。但是，随着材料技术的发展和越来越高的结构优化要求，各个部件的刚度越来越接近，部件之间的相互影响越来越复杂，导致飞行器的颤振特性不能再利用某个或某几个部件来获得。因此，全模颤振试验是发展新型飞行器不可或缺的试验项目。
美国NASA自1960年建成TDT风洞以后，一直在发展全模颤振试验技术，进行了大量的关于模型制作、风洞流场介质和支撑系统等研究。目前已发展出了多套全模颤振支撑系统，以及多种颤振试验流场介质，能够满足各种飞行器颤振试验要求[12, 13, 14, 15]。国内进行全模颤振试验技术研究起步较晚，直至2004年中国空气动力研究与发展中心与俄罗斯中央流体研究院(TsAGI)合作，针对2.4 m跨声速风洞(FL-26)开发了一套“悬浮支撑系统(Floating Suspension System)”，经过10年发展，国内具备了进行跨声速全模颤振试验的能力[16, 17]

全模颤振风洞模拟试验要求模型与飞行器实物空气动力学相似和结构动力学相似，有时甚至要求飞行力学相似。这给支撑系统、模型和风洞提出了苛刻的要求。

中国空气动力研究与发展中心的2.4 m跨声速风洞为引射式、半回流、暂冲型跨声速风洞，其试验段横截面为2.4 m×2.4 m，试验段马赫数范围为0.3～1.2。由于尺寸较大，动压带较宽，该风洞是目前国内开展全模高速颤振试验较理想的设备。该风洞专门考虑了气动弹性试验的流场控制要求，为颤振试验开发和研制了流场控制技术，主要包括定马赫数变总压控制技术、定总压连续变马赫数控制技术和快速降压卸载技术等
为了防止意外情况导致模型和风洞损坏，必须采用一定的紧急关车保护措施。中国空气动力研究与发展中心的全模悬浮支撑系统使用了一套自动紧急关车模型保护系统，其主要包括以下5个部分：①模型监视系统；②手动紧急关车系统；③自动紧急关车系统；④风洞控制系统；⑤模型保护装置。模型监视系统包括安装在风洞试验段壁板的摄像头和安放在分析间的监视器。手动紧急关车系统：主要装置就是手动关车按钮。自动紧急关车系统包括程控放大器、滤波器、数据采集设备和计算机。利用该套系统可以判断模型是否处于危险状态，通过计算软件来实现，即：计算机获得经过程控放大、带通滤波后的模型振动信号，如果在预设的检测时间内有多个脉冲超过了预设参考电压值，就由计算机发出关车指令。参考电压值主要依据前几次模型的振动情况和电压幅值来设定。检测时间由模型的颤振频率决定。在高速颤振试验中，模型发生颤振时，要求风洞控制系统快速关闭主调压阀，以降低动压。以上描述的自动紧急关车系统中，自动紧急关车信号的判断非常重要，它决定是否降低动压或锁住模型，其参考阈值主要依靠工程经验、系统分析以及调试结果来确定。
除了上述的紧急关车保护措施外，在高速颤振试验中，设计合理的模型保护装置也是非常重要的。美国NASA的双索悬挂系统采用了缓冲钢绳系统和一些紧急解耦装置来保护模型，而中国空气动力研究与发展中心则研发了限幅钢绳和振动抑制装置两类模型保护装置。其中，限幅钢绳一般由两根平拉(或斜拉)在翼面或控制面两边钢绳组成，其作用是限制模型的振动幅度来防止模型因振动幅度大而遭到破坏，而振动抑制装置通常安装在模型或支撑机构上，可直接抑制大幅度振动的发生

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