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系统附加质量和附加刚度对模态试验结果的影响 2006 LMS 首届用户大会论文集
系统附加质量和附加刚度对模态试验结果的影响
王大鹏蔡骏文
(中国航天科工集团某院 100074)

摘要:以飞行器尾翼的模态特性试验为例,分析系统附加质量和
附加刚度产生的机理及其对模态试验结果的影响,并对减小这种影响
的方法进行了讨论。
关键词:模态试验;附加质量;附加刚度

1. 引言
在模态试验中,由于目前试验手段的局限性,由激振器动圈质量、
激振器内部弹簧、以及激振器的安装方式、激励位置而造成的系统附
加质量、附加刚度给模态试验结果带来了一定的测量误差。对于飞行
器的弹体特性试验来说,这种影响比较小,可以忽略;但对于飞行器
的尾翼特性试验来说,由于尾翼质量比较小,特别是舵面,质量在 1
千克左右,此时系统附加质量和附加刚度对其模态试验结果的影响就
比较大。
2. 飞行器尾翼模态试验结果
表 1 列出了对于飞行器的同一片尾翼,用不同的激振器、激振器
连接杆进行模态特性试验得到的试验结果。
从表中我们可以看出,用 20 公斤推力的激振器测量的尾翼一阶
弯曲频率比 2 公斤推力(A 型)的激振器测量得到的尾翼一阶弯曲频
率要低大约 5Hz,比 2 公斤推力(B 型)的激振器测量得到的尾翼一
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阶弯曲频率要高大约 1Hz;而对于舵面旋转模态试验来说,用 20 公
斤推力的激振器测量的舵面旋转频率比 2 公斤推力(B 型)的激振器
测量得到的舵面旋转频率要高大约 13Hz。这说明系统附加质量和附
加刚度对尾翼的特性试验结果造成了比较大的影响。

表 1 飞行器尾翼的模态试验结果
一弯模态旋转模态激振器动圈激振器类型备注
频率(Hz) 频率(Hz) 质量(克)
122 100 2 公斤推力激振器激振器连接杆为
(A 型) 刚度比较大的钢杆
103 35 2 公斤推力激振器激振器连接杆为
(B 型) 刚度比较小的细铜杆
200 20 公斤推力激振器激振器连接杆为
刚度比较小的钢丝柔性杆


本文就以飞行器尾翼的模态特性试验为例,具体分析这些附加质
量、附加刚度的产生原因和作用机理,讨论如何设法减小其对模态试
验的影响,使试验结果尽量靠近结构的真实固有频率。
3. 系统附加刚度和附加质量的产生机理
飞行器尾翼的具体结构简图如图 1 所示。尾翼主要由两部分组
成,第一部分为根部固定在飞行器弹身上的尾翼安定面,第二部分为
与舵机轴相连的舵面。
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尾翼安定面
舵轴
舵面
图1 尾翼结构图


飞行器尾翼的模态试验结果表明,尾翼的前两阶模态分别是尾翼
翼面绕尾翼根部转动的尾翼一阶弯曲模态和舵面绕舵轴转动舵面旋
转模态。对于这两阶模态,由试验系统引起的附加刚度和附加质量的
产生机理其实是相同的,下面就以尾翼一阶弯曲模态为例,分析附加
刚度和附加质量产生的机理,对于尾翼的舵面旋转模态可以由此类比
分析。