风洞试验模型振动机理及主动控制研究进展

doi:10.7527/S1000-6893.2024.30467

综述

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风洞试验模型振动机理及主动控制研究进展

寇西平¹^,², 曾开春², 马涛³, 路波², 杨智春¹()

^1.西北工业大学结构动力学与控制研究所，西安 710072
^2.中国空气动力研究与发展中心飞行器流体物理全国重点实验室，绵阳 621000
^3.中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，绵阳 621000

收稿日期:2024-03-29 修回日期:2024-05-15 接受日期:2024-06-14 出版日期:2025-01-15 发布日期:2024-07-11
通讯作者: 杨智春 E-mail:yangzc@nwpu.edu.cn
基金资助:
智强基金（2023）;航空科学基金(20220015053002)

Model vibration mechanism and active control in wind tunnel test: Review

Xiping KOU¹^,², Kaichun ZENG², Tao MA³, Bo LU², Zhichun YANG¹()

^1.Institute of Structural Dynamics and Control，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 　710072，China
^2.National Key Laboratory of Aerospace Physics in Fluids，China Aerodynamics Research and Development Center，Mianyang 　621000，China
^3.High Speed Aerodynamics Institute，China Aerodynamic Research and Development Center，Mianyang 　621000，China

Received:2024-03-29 Revised:2024-05-15 Accepted:2024-06-14 Online:2025-01-15 Published:2024-07-11
Contact: Zhichun YANG E-mail:yangzc@nwpu.edu.cn
Supported by:
ZhiQiang Fund （2023）;Aeronautical Science Fundation of China(20220015053002)

摘要/Abstract

摘要：

风洞常规测力试验中经常会出现模型大幅度振动的问题，影响试验数据精度甚至威胁设备安全。深入认识模型振动的发生机理，结合有效的控制手段减小试验中的模型振动幅值，对风洞试验研究有重要意义。首先介绍了风洞模型振动的危害与减小模型振动的意义，分析了模型发生振动的机理，总结了常见的减小模型振动的方法及其研究进展，重点分析了主动振动控制方法涉及的内容与技术难点。已有的研究工作表明，在各种减缓模型振动的方法中，以压电堆作为作动器的主动控制方法最能符合工程实用要求，且减振效果较好。最后对大型风洞中模型振动控制需要研究的问题给出了若干建议。

关键词: 模型振动, 振动主动控制, 压电堆作动器, 控制算法, 风洞试验

Abstract:

Undesirable model vibration often occurs in a conventional wind tunnel force test. Large amplitude model vibrations may adversely affect test data and even threaten the safe operation of equipment. It is therefore of great importance to fully understand the mechanism of model vibration occurrence and reduce the vibration amplitude by effective means in wind tunnel tests. This paper first introduces the harms of model vibration， followed by a summary of model vibration types. The progress of reducing model vibrations by various methods are then presented， and the key points and technical difficulties involved in the active control method analyzed. The existing literature shows that the active control method with the piezoelectric stack as the actuator can best meet the requirements of the engineering practice， with better vibration damping effect than others. Finally， suggestions regarding future research on model vibration control in large-scale wind tunnels are presented.

Key words: model vibration, active vibration control, piezoelectric stack actuator, control algorithm, wind tunnel test

中图分类号:

V215.3

寇西平, 曾开春, 马涛, 路波, 杨智春. 风洞试验模型振动机理及主动控制研究进展[J]. 航空学报, 2025, 46(1): 30467.

Xiping KOU, Kaichun ZENG, Tao MA, Bo LU, Zhichun YANG. Model vibration mechanism and active control in wind tunnel test: Review[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2025, 46(1): 30467.

图/表 31

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表 1

图 2

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表 4

图 27

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

风洞尺度/m	第1阶固有频率/Hz
0.6	12~20
1.2	10~15
2.4	8~12
5	3~6

Ma	结构频率/Hz
	48.9 ℃		-157 ℃
	计算	测量	计算	测量
0	46		27.7
0.2	45	43	27.2	28
0.6	36.8	~40	22.2	23
0.8	27.6		16.6	~21
0.9	20.1	~33	12.1

对比参数	分体式	外套式	内嵌式
设计难度	较低	中等	较高
安装难度	较高	较低	中等
对流场影响	中等	较大	无
对压电堆尺寸要求	中等	较低	较高
对压电堆功率要求	中等	较低	较高
最大缺点	打断支杆结构	影响试验流场	技术难度较高

试验温度/℃	冲击吸收功/J	抗拉强度/MPa	屈服强度/MPa
20	40	1 400	1 350
-196	20	1 850	1 750

[1]	孙朋朋, 刘平安, 樊枫, 曾伟. 悬停状态共轴刚性旋翼机身气动干扰特性[J]. 航空学报, 2024, 45(9): 529284-529284.
[2]	王畅, 何龙, 徐栋霞, 唐敏, 马率, 吴希明. 共轴刚性旋翼桨毂流动控制减阻研究[J]. 航空学报, 2024, 45(9): 529084-529084.
[3]	张卫国, 唐敏, 武杰, 彭先敏, 章贵川, 聂博文, 王亮权, 李超群. 倾转旋翼机风洞试验综述[J]. 航空学报, 2024, 45(9): 530114-530114.
[4]	聂博文, 王亮权, 黄志银, 何龙, 杨仕鹏, 颜鸿涛, 章贵川. 复合式高速无人直升机飞行动力学建模与控制策略设计[J]. 航空学报, 2024, 45(9): 529848-529848.
[5]	刘柳, 向先宏, 张宇飞, 陈海昕, 魏闯, 朱剑, 杨普. 一种高升阻比非常规翼身融合燕尾气动布局[J]. 航空学报, 2024, 45(6): 629630-629630.
[6]	张栩齐, 刘宇. 多棱柱绕流气动噪声试验研究[J]. 航空学报, 2024, 45(23): 630292-630292.
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[9]	李学良, 李创创, 苏伟, 吴杰. 分布式粗糙元对高超声速边界层不稳定性的影响试验[J]. 航空学报, 2024, 45(2): 128627-128627.
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[13]	高世琦, 丁博, 解旭祯, 李铮, 陈林, 钱首元, 焦子涵, 白光辉. 等离子体激励在高速流动中的减阻机制[J]. 航空学报, 2023, 44(S2): 729373-729373.
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风洞试验模型振动机理及主动控制研究进展

Model vibration mechanism and active control in wind tunnel test: Review

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图/表 31

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