Boşluklu füze kanatçığının dinamik modelinin sistem tanımlama metodları kullanılarak tahmin edilmesi

Yıl 2022, Cilt: 37 Sayı: 4, 1899 - 1914, 28.02.2022

Ali Murat Gültekin Sinan Kılıcaslan

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.942109

Öz

Bu çalışmada boşluklu füze kanatçığının dinamik modelinin sistem tanımlama metodları kullanılarak tahmin edilmesi ve sistemin modal parametrelerinin elde edilmesi için uygulanması kolay ve hesaplama süresi kısa olan bir yaklaşım geliştirilmiştir. Füze kanatçığının hareket denklemlerinde sadece kanatçık ile füze arasındaki boşluk dinamiğini dikkate almak için, sarsıcı frekansı belirli bir aralıkta tutulmuştur. Dolayısıyla kanatçığın elastik hareketi devreye girmemiştir. Önce, kuvvet kontrollü test metoduyla bu sistemin dinamiğinin doğrusal olmadığı gösterilmiştir. Daha sonra, deplasman kontrollü test metodu kullanılarak sistemin dinamiği doğrusallaştırılmıştır. Her iki test metodunda da sinüsoidal giriş uygulanmıştır. Her iki test metodundan elde edilen zaman verileri ve zaman verilerinden hesaplanan frekans verileri yardımıyla sistemin matematiksel modelleri doğrusal olan ARX ve OE metotları kullanılarak elde edilmiştir. Başka bir deyişle, hem kuvvet kontollü test verilerinin hem de deplasman kontrollü test verilerinin herbiri için boşluk dinamiğini ifade eden dört farklı model elde edilmiştir. Yani toplam olarak boşluk dinamiğini ifade eden sekiz farklı model elde edilmiştir. Sonrasında, elde edilen doğrusal modellerin gömülü dinamiğe sahip olup olmadığı herbir modelin kendi içindeki korelasyonuna bakılarak kontrol edilmiştir. Daha sonra, kuvvet ve deplasman kontrollü test metodlarıyla elde edilen test verilerine en iyi uyum sağlayan matematiksel model, sistemi tanımlayan model olarak seçilmiştir. Bundan sonra, seçilen model kullanılarak sistemin modal parametreleri elde edilmiştir. Sonuç olarak, deplasman kontrollü testin zaman verileriyle ARX modelinden elde edilen sistem tanımlama modelinin, boşluklu füze kanatçığının dinamiğini temsil eden en uygun model olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

Füze kanatçığı, boşluk dinamiği, sistem tanımlama, kuvvet kontrollü test metodu, deplasman kontrollü test metodu, doğrusallaştırma, modal analiz, boşluk modu

Kaynakça

• Göge D., Böswald M., Füllekrug U., Lubrina P., Ground Vibration Testing of Large Aircraft – State-of-the-Art and Future Perspectives, IMAC 25 International Modal Analysis Conference, Orlando, Florida, USA, 2775-2787, February 2007.
• Köksal S., Sümer Ö., Mühimmat Sertifikasyon Sürecinde Yer Titreşim Testleri ve Model Güncelleme, Savunma Teknolojileri Kongresi, Ankara, Haziran 2012.
• Ning Y., Nan W., Xin Z., Wei L., Nonlinear flutter wind tunnel test and numerical analysis of folding fins with freeplay nonlinearities, Chinese Journal of Aeronautics, 29(1), 144-159, 2016.
• Wu Z., Chu L., Yuan R., Yang C., Tang C., Studies on aeroservoelastic semi-physical simulation test for missiles, Science China Technological Sciences, 55 (9), 2482-2488, 2012.
• Yassin I.M., Taib M.N., Adnan R., Recent advancements and methodologies in system identification: A review, Scientific Research Journal, 1(1), 14-33, 2013.
• Reynders E., System identification methods for (operational) modal analysis: Review and comparison, Archives of Computational Methods in Engineering, 19(1), 51-124, 2012.
• Ramirez C.A.P., Sanchez J.P.A., Adeli H., Rodriguez M.V., Troncoso R.J.R., Gonzalez A.D., Rios R.A.O., Time-frequency techniques for modal parameters identification of civil structures from acquired dynamic signals, Journal of Vibroengineering, 18(5), 3164-3185, 2016.
• Maia N.M.M., Silva J.M., Theoretical and Experimental Modal Analysis, Research Studies Press, England, 1998.
• El-Kafafy M., Peeters B., Geluk T., Guillaume P., The MLMM modal parameter estimation method: A new feature to maximize modal model robustness, Mechanical Systems and Signal Processing, 120, 465-485, 2019.
• Nestrović T., Trajkov M., Patalong M., Identification of modal parameters for complex structures by experimental modal analysis approach, Advances in Mechanical Engineering, 8(5), 1-16, 2016.
• Covioli J.V., Coppotelli G., On The Operational Modal Analysis Techniques For The Estimate Of Modal Parameters Of Aircraft Structures During Flying Vibration Tests, AIAA Scitech 2020 Forum, Orlando, Florida, USA, 2461-2481, January 2020.
• Shina W.H., Lee S.J., Lee I., Baeb J.S., Effects of actuator nonlinearity on aeroelastic characteristics of a control fin, Journal of Fluids and Structures, 23, 1093-1105, 2007.
• Wu Z.G., Yang N., Yang C., Identification of nonlinear multi-degree-of freedom structures based on Hilbert transformation, Science China Physics, Mechanics and Astronomy, 57(9), 1725-1736, 2014.
• Kim S.H., Tahk M.J., Modeling and experimental study on the dynamic stiffness of an electromechanical actuator, Journal of Spacecraft and Rockets, 53(4), 1-12, 2016.
• Monfared Z., Afsharnezhad Z., Esfahani J.A., Flutter, limit cycle oscillation, bifurcation and stability regions of an airfoil with discontinuous freeplay nonlinearity, Nonlinear Dynamics, (90), 1965-1986, 2017.
• Reynders E., System identification and modal analysis in structural mechanics, PhD Thesis, Katholieke Universiteit, Leuven Faculteit Ingenieurswetenschappen Departement Burgerlijke Bouwkunde, Leuven, Belgium, 2009.
• Heylen W., Lammens S., Sas P., Modal Analysis Theory and Testing, Katholieke Universiteit, Department of Mechanical Engineering, Leuven, Belgium, 1997.
• Schoukens M., Tiels K., Identification of block-oriented nonlinear systems starting from linear approximations: A survey, Automatica, 85, 272-292, 2017.
• Di Maio D., Schwingshackl, Sever I.A., Development of a test planning methodology for performing experimental model validation of bolted flanges, Nonlinear Dynamics, 83, 983-1002, 2016.
• Zhang G., Zang C., Friswell M.I., Identification of weak nonlinearities in MDOF systems based on reconstructed constant response tests, Archive of Applied Mechanics, 89, 2053-2074, 2019.