О корректировании расчетной динамической схемы беспилотного летательного аппарата по результатам наземных модальных испытаний в задачах аэроупругости

Рассмотрена задача корректирования расчетной динамической схемы беспилотного летательного аппарата (БЛА) по результатам наземных модальных испытаний в интересах исследования флаттера БЛА и оценки аэроупругой устойчивости БЛА с системой автоматического управления (САУ). Отмечено, что на этапе проектирования, когда нет еще опытного образца БЛА или его агрегатов, определение модальных характеристик, а именно собственных частот, форм и обобщенных масс, проводится с помощью расчетной динамической схемы, разработанной по конструкторской документации. Однако подобного рода расчеты, выполненные даже с использованием современных конечно-элементных программных комплексов, не дают достаточно точных значений параметров упруго-массовой схематизации конструкции БЛА. В этой связи актуальным и важным является уточнение параметров схематизации конструкции по данным наземных испытаний опытных образцов БЛА. Сформулированы положения, позволяющие достигать удовлетворительных результатов при корректировании расчетной динамической схемы БЛА. Рассмотрены критерии корректирования. Представлены особенности корректирования расчетной динамической схемы при исследовании флаттера и аэроупругой устойчивости БЛА с САУ. Отмечено, что наряду с положениями, которые являются универсальными для задач динамической аэроупругости, в частности флаттера, и связанными с коррекцией собственных частот, форм и коэффициентов конструкционного демпфирования модели БЛА по результатам наземных модальных испытаний, в задачах исследования аэроупругой устойчивости БЛА с САУ также решающее значение имеет коррекция передаточной функции корпуса БЛА от сечения, соответствующего оси вращения рулей, до сечения, где установлены датчики САУ. Это связано с тем, что корпус БЛА является непосредственной частью контура стабилизации БЛА и существенно влияет на его запасы устойчивости. Приведен пример корректировки расчетной динамической схемы маневренного БЛА крестокрылой схемы.

1. Хейлен В., Ламменс С., Сас П. Модальный анализ: теория и испытания / Пер. с англ. В.С. Межина, Н.А. Невзорского. М.: Новатест, 2010. 319 с.

2. Карклэ П.Г., Смыслов В.И. Модальные испытания летательных аппаратов и воспроизведение силовых воздействий. М.: Техносфера, 2017. 156 с.

3. Jayanthan M., Srinivas V. Structural damage identification based on finite element model updating // Journal of Mechanical Engineering and Automation. 2015. Vol. 5, no. 3B. Pp. 59–63. DOI: 10.5923/c.jmea.201502.12

4. Bahari A.R. Finite element modelling and updating of a thin plate structure using normal mode analysis / A.R. Bahari, M.A. Yunus, M.N.A Rani, W.I.I. Mirza, M.A.S. Aziz Shah, Z. Yahya [Электронный ресурс] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, (ICCEM 2020) June 2020, Selangor, Malaysia, 2021. Vol. 1062, ID: 012059. DOI: 10.1088/1757-899X/1062/1/012059 (дата обращения: 05.06.2021).

5. Shabbir F., Omenzetter P. Model updating using genetic algorithms with sequential niche technique // Engineering Structures. 2016. Vol. 120. Pp. 166–182. DOI: 10.1016/ j.engstruct.2016.04.028

6. Cecrdle J. Updating of aircraft structure dynamic model to ground vibration test results // 29th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences (ICAS-2014). Russia, St.Petersburg, 7–12 September 2014. 7 p.

7. Kim S.-Y. Modal test and finite element model update of aircraft with high aspect ratio wings // Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering. 2012. Vol. 22, iss. 5. Pp. 480–488. DOI: 10.5050/KSNVE.2012.22.5.480

8. Zhao W. Component data assisted finite element model updating of composite flying-wing aircraft using multi-level optimization / W. Zhao, A. Gupta, C.D. Regan, J. Miglani, R.K. Kapania, P.J. Seiler [Электронный ресурс] // Aerospace Science and Technology. 2019. Vol. 95. ID: 105486. DOI: 10.1016/j.ast.2019.105486 (дата обращения: 05.06.2021).

9. Gupta A. Updating a finite element based structural model of a small flexible aircraft / A. Gupta, C.P. Moreno, H. Pfifer, G.J. Balas // AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference. Florida, Kissimmee, 5–9 January 2015. 14 p. DOI: 10.2514/6.2015-0903

10. Yunus M.A. Finite element model updating of riveted joints of simplified model aircraft structure / M.A. Yunus, M.N.A. Rani,

11. M.S.M. Sani, M.A.S. Aziz Shah [Электронный ресурс] // AIP Conference Proceedings, 2018. Vol. 1952, iss. 1. ID: 020013. DOI: 10.1063/ 1.5031975 (дата обращения: 05.06.2021).

12. Omar R., Rani M.N.A., Yunus M.A. Representation of bolted joints in a structure using finite element modelling and model updating // Journal of Mechanical Engineering and Sciences. 2020. Vol. 14, no. 3. Pp. 7141–7151. DOI: 10.15282/jmes.14.3.2020.15.0560

13. Omar R., Rani M.N.A., Yunus M.A. и др. Improvement in the accuracy of the dynamic behaviour prediction of a bolted structure using a simplified finite element model and model updating [Электронный ресурс] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2021. Vol. 1041. ID: 012051. DOI: 10.1088/1757-899X/1041/1/012051 (дата обращения: 05.06.2021).

14. Arras M., Coppotelli G. Finite-element structural updating using frequency response functions [Электронный ресурс] // Journal of Aircraft. 2015. Vol. 52, no. 5. Pp. 1–15. DOI: 10.2514/1.C032964 (дата обращения: 05.06.2021).

15. Luo H. Finite element model updating of satellite sailboard based on sensitivity analysis / H. Luo, W. Wang, J. Fu, L. Jiao [Электронный ресурс] // Shock and Vibration. 2019. Vol. 2019. ID: 4547632. DOI: 10.1155/2019/4547632 (дата обращения: 05.06.2021).

16. He C. Stochastic dynamic model updating of aerospace thermal structure with a hierarchical framework / C. He, Z. Li, H. He, J. Wang [Электронный ресурс] // Wang Mechanical Systems and Signal Processing. 2021. Vol. 160. ID: 107892. DOI: 10.1016/j.ymssp.2021.107892 (дата обращения: 05.06.2021).

17. Кузнецов О.А., Смыслов В.И. Опыт корректирования расчетной динамической схемы по результатам резонансных испытаний // Ученые записки ЦАГИ. 1979. Т. 10, № 6. С. 99–112.

18. Parafes’ S., Turkin I. Consideration of aeroservoelasticity requirements in the development of highly maneuverable unmanned aerial vehicle [Электронный ресурс] // 18th International Conference «Aviation and Cosmonautics» (AviaSpace-2019): IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020. Vol. 868, iss. 1. ID: 012038. 9 p. DOI: 10.1088/1757899X/868/1/012038 (дата обращения: 05.06.2021).

19. Парафесь С.Г., Туркин И.К. Актуальные задачи аэроупругости и динамики конструкций высокоманевренных беспилотных летательных аппаратов. М.: Издательство МАИ, 2016. 184 с.