本發(fā)明涉及流體動力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種水下航行器表面振動頻率的測量方法。
背景技術(shù)：
1、水下航行器振動頻率測量對于保障其結(jié)構(gòu)安全、提高航行性能具有重要意義。通過準(zhǔn)確測量振動頻率，可以及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)疲勞、松動或損傷隱患，延長航行器使用壽命。振動特性直接影響了航行器的隱身性能與聲學(xué)特征，對噪聲控制和水下探測規(guī)避至關(guān)重要。
2、目前，傳統(tǒng)的水下航行器振動頻率測量方法多采用功率譜密度(psd)分析法，但其忽略了頻域相位信息，導(dǎo)致多載荷輸入場景下誤差顯著。尤其在復(fù)雜流體環(huán)境中，航行器表面受多方向水動力載荷作用，相位信息的缺失會嚴(yán)重影響振動特性分析的準(zhǔn)確性。
3、因此，為解決以上問題，需要一種水下航行器表面振動頻率的測量方法，能夠顯著提高復(fù)雜水下環(huán)境中航行器表面振動頻率的測量精度，為工程實踐中的實時監(jiān)測與優(yōu)化設(shè)計提供了技術(shù)支撐。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供水下航行器表面振動頻率的測量方法，能夠顯著提高復(fù)雜水下環(huán)境中航行器表面振動頻率的測量精度，為工程實踐中的實時監(jiān)測與優(yōu)化設(shè)計提供了技術(shù)支撐。
2、本發(fā)明的水下航行器表面振動頻率的測量方法，包括：
3、建立水下航行器表面的流體動力學(xué)系統(tǒng)，計算頻率響應(yīng)函數(shù)；
4、在水下航行器表面設(shè)置多個傳感器，采集不同方向的水動力載荷輸入信號及其對應(yīng)的加速度響應(yīng)時域信號；
5、對所述水動力載荷輸入信號和加速度響應(yīng)時域信號分別進行快速傅里葉變換，獲得頻域數(shù)據(jù)；
6、通過頻域數(shù)據(jù)與頻率響應(yīng)函數(shù)的復(fù)數(shù)關(guān)系，構(gòu)建線性方程組，求解各水動力載荷的頻域表達式；
7、對求解得到的頻域載荷數(shù)據(jù)進行逆傅里葉變換，還原為時域載荷信號，根據(jù)時域載荷信號分析水下航行器表面振動頻率特性。
8、進一步，根據(jù)如下式子確定頻率響應(yīng)函數(shù)：
9、
10、其中，fr(ω)為第r個輸入荷載的頻域數(shù)據(jù)；hr(ω)為第r個荷載的荷載加速度頻響函數(shù)；y(ω)為輸出響應(yīng)的頻域數(shù)據(jù)。
11、進一步，對負(fù)載加速度頻率響應(yīng)函數(shù)公式進行改寫如下：
12、
13、其中，實部虛部
14、進一步，根據(jù)如下式子確定加速度響應(yīng)的時間域信號：
15、
16、進一步，水下航行器表面左、右兩側(cè)的橫向和垂直加速度如下式子表示：
17、
18、其中，負(fù)載加速度頻率響應(yīng)函數(shù)的下標(biāo)由前兩個字母表示負(fù)載類型，后兩個字母表示響應(yīng)位置；hlv-rl(ω)表示左側(cè)垂直力對右側(cè)的橫向加速度頻率響應(yīng)函數(shù)；左右側(cè)的橫向和垂直加速度的時間域數(shù)據(jù)分別為all(n)和alv(n)，arl(n)和arv(n)。
19、進一步，所述水動力載荷包括橫向、垂直和縱向方向的分量；其中，忽略縱向分量對振動頻率的影響。
20、進一步，所述頻率響應(yīng)函數(shù)通過有限元模型計算時，需考慮航行器表面結(jié)構(gòu)的模態(tài)共振特性。
21、進一步，同步采集多輸入載荷及其加速度響應(yīng)信號。
22、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明公開的一種水下航行器表面振動頻率的測量方法，利用有限元模型計算航行器表面的復(fù)數(shù)頻率響應(yīng)函數(shù)，保留相位信息；通過傳感器獲取多方向水動力載荷的時域信號，經(jīng)快速傅里葉變換(fft)轉(zhuǎn)換為頻域數(shù)據(jù)，結(jié)合疊加原理，構(gòu)建頻域方程求解各載荷分量；通過逆傅里葉變換(ifft)還原載荷時域信號，精確分析振動頻率特性。本發(fā)明顯著提高了復(fù)雜水下環(huán)境中航行器表面振動頻率的測量精度，適用于工程實踐中的實時監(jiān)測與優(yōu)化設(shè)計。
1.一種水下航行器表面振動頻率的測量方法，其特征在于：包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下航行器表面振動頻率的測量方法，其特征在于：根據(jù)如下式子確定頻率響應(yīng)函數(shù)：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水下航行器表面振動頻率的測量方法，其特征在于：對負(fù)載加速度頻率響應(yīng)函數(shù)公式進行改寫如下：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下航行器表面振動頻率的測量方法，其特征在于：根據(jù)如下式子確定加速度響應(yīng)的時間域信號：
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下航行器表面振動頻率的測量方法，其特征在于：水下航行器表面左、右兩側(cè)的橫向和垂直加速度如下式子表示：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下航行器表面振動頻率的測量方法，其特征在于：所述水動力載荷包括橫向、垂直和縱向方向的分量；其中，忽略縱向分量對振動頻率的影響。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下航行器表面振動頻率的測量方法，其特征在于：所述頻率響應(yīng)函數(shù)通過有限元模型計算時，需考慮航行器表面結(jié)構(gòu)的模態(tài)共振特性。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水下航行器表面振動頻率的測量方法，其特征在于：同步采集多輸入載荷及其加速度響應(yīng)信號。