Page 157 - 《振动工程学报》2026年第2期

第 2 期 张 朋，等：超声速来流条件下金属薄壁板颤振特性试验研究 473

1.3 测试设备与方法 70.0、80.0、90.0、100.0、110.0、85.8、68.7、51.5 kPa，每
个阶梯稳压时间为 10 s。

试验时采用定马赫数阶梯变速压的方式进行，
试验时实时记录模型的振动信号。模型振动响应采 2 试 验 结 果 与 讨 论
用加速度计和应变计进行测量。加速度计型号为

PCB352C68，量程为 50g，灵敏度为 100 mv/g；应变计 2.1 背压腔压力变化特性
型号为中航电测 ZF1000-4AA-AW(11)-X，阻值为 1000
通过 5 mm 厚壁板风洞试验获得了模型内外侧
Ω， 具 体 安 装 位 置 如 图 4 所 示 。 本 期 试 验 采 用 NI-
静压变化，壁板表面压力测点及背压腔测压点静压
PXI-1042Q 工控机，用 NI-SCXI-1000 作信号调理，测
量振动响应信号，采样频率为 2000 Hz。试验过程 随来流的变化曲线如图 5 所示。图 5 中，t 为时间，
中，模型的振动信号通过 SCXI-1520 程控放大器调理 P 为静压值，P1、P2、P3 为模型表面测压点，P4 为背
压腔内部测压点。
放大后，由 PXI-6280 数据采集设备实时采集，然后传

输到计算机，实时存储、显示所有通道信号的时间 70
历程。 65 P1
P2
60 P3
P4
55
P / kPa 50
来流方向 45
40
35
80 mm 130 mm 65 mm 195 mm 80 mm
30
0 50 100 150 200 250 300 350
t / s
1 2 3 4
30 mm 30 mm
图 5 模型两侧静压随来流的变化曲线
Fig. 5 Variation curves of static pressure on both sides of the
model with the flow

注: 表示应变计; 表示加速度计; 表示测压孔。 从图 5 中可以看出，模型两侧静压随着流场速

图 4 传感器安装位置示意图 压的阶梯变化也呈现出阶梯变化。P1、P2 两个点的
Fig. 4 Schematic diagram of installation positions of sensors 压力与 P4 点压力差异较小，P3 点与其他三个点的压

力相比明显减小，可能与其位置在风洞流场中靠后
1.4 试验过程与方法 相关。总的来说，模型两侧静压差较小。

金属薄壁板模型安装在风洞侧壁，模型靠近来 2.2 振动响应随速压的变化
流一侧（正侧）受气动力，风洞驻室侧（背侧）无气动
图 6 给出了 1 mm 壁板模型的振动响应时间历
力，试验时正侧的静压会随着马赫数及速压变化而
程，试验速压阶梯分别为 51.5、70.0、80.0、90.0、100.0、
改变，若背侧保持大气压力会导致模型产生较大的
110.0 kPa。从图 6 中可以看出，随着速压的增加，壁
静变形，会对颤振临界速压产生较大影响，因此需在
模型背部设计一个静压平衡腔，此腔体的主要作用 板模型振动响应逐渐增强，在最大速压时发生壁板
是控制模型背部静压与来流侧的静压差，腔体内的 颤振现象。需要说明的是，发生颤振时，模型的加速
压力可随着试验段流场静压的变化同步变化。由于 度超过了本期试验所用加速度计量程，此时加速度
铝制金属薄壁板模型在厚度较小时无法安装测压 计所采集的数据不准确。图 7 为最大速压（110 kPa）
孔，试验时采用 5 mm 板安装测压孔，用于测量试验 时的 1 mm 壁板模型振动响应图。从图 7 中可以看
过程中模型表面压力随来流速压的变化情况，同时 出，在最大速压附近壁板响应出现了明显的拍振现
测量背压腔体内静压，以检验金属薄壁板模型两侧 象，在最大速压 110 kPa 时壁板模型未立即发生颤
压差随来流的变化特性。 振，而是在达到最大速压后约 6.4 s 发生，并且振动响
试验采用定马赫数阶梯变速压的方式进行，本 应表现为极限环状态。

期试验来流马赫数为 1.5，试验过程中采用两种厚度
2.3 壁板模型振动响应频域分析
的壁板模型，厚度分别为 1 和 5 mm，其中 5 mm 板用
于测量试验过程中壁板两侧压力随来流的变化情 图 8~10 给出了速压为 100 及 110 kPa 时的壁板

况，1 mm 板用于测量壁板模型的振动响应。试验采 模型振动响应幅值谱，在速压为 100 kPa 时模型振动
用定马赫数阶梯变速压方式，速压阶梯分别为 51.5、 响应幅值谱中没有明显的主频。在速压为 110 kPa