基于气浮轴承的非轴对称弹头风洞试验数据处理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于气浮轴承的非轴对称弹头风洞试验数据处理方法，包括以下步骤：在确定一个试验状态下的滚转静力矩系数与滚转角变化量之间的关系时，包括：预设一个滚转静力矩系数的变化幅值，对模型的滚转运动控制方程进行仿真模拟，得到转速随时间t变化的仿真曲线；将转速随时间t变化的仿真曲线与转速随时间t变化的试验曲线进行比较，确定实际滚转静力矩系数的变化幅值；根据滚转静力矩系数的变化幅值得到滚转静力矩系数，由此确定了当前试验状态下滚转静力矩系数与滚转角变化量之间的关系。本发明专利技术针对非轴对称弹头提供一种新的试验数据处理分析方法，能获得滚转静力矩系数随滚转角动态周期性变化的规律，能够满足其工程设计使用需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于试验空气动力学领域。更具体地说，本专利技术涉及一种一种基于气浮轴承技术的非轴对称弹头风洞试验数据处理方法。
技术介绍
基于气浮轴承的风洞试验技术是测量弹头小滚转气动力的重要手段。如图5所示，该项试验技术利用气浮轴承自身旋转的机械阻尼很小的特点，使模型在风洞不吹风的条件下做几乎无阻尼的自由旋转运动。因此，即使风洞试验中吹风产生的很小的滚转气动力作用在模型上，也将引起模型转速的变化。试验中通过光学传感器能够测出模型转速随时间的变化，经数据处理后得到滚转静力矩系数和滚转阻尼力矩系数。现有技术中，基于气浮轴承技术的弹头风洞试验数据处理方法均针对传统的惯性弹头，该弹头外形一般为轴对称，在飞行的过程中滚转静力矩不发生变化，可将其视为常数。因此模型在风洞中受滚转静力矩和滚转阻尼力矩共同作用下的滚转运动方程为：IdPdt-ClPqsDDVP-Cl0qsD=0]]>其中，P为模型转速；I为模型滚转转动惯量；D为模型底部直径；V为来流速度；q为来流动压；s为模型底部面积；Clp为滚转阻尼系数；Cl0为滚转静力矩系数。根据这样一个滚转运动方程，试验所测得的模型转速变化曲线经过传统的参数拟合数据处理方法处理后，所得到滚转静力矩系数Cl0为一常数，即弹头飞行中的平均量。然而，机动式弹头出于对高机动能力的要求，通常采用增加配平翼等方法改善其机动性能，基本外形为非轴对称，同时弹头再入过程中的热烧蚀等作用也会带来外形的不对称。非轴对称外形的弹头在飞行过程中滚转静力矩随着滚转角的变化而周期性变化，不再为常数。因此，传统轴对称外形弹头的试验数据处理方法已不再适用。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术基于气浮轴承风洞试验技术，克服现有传统轴对称弹头风洞试验数据处理方法的不足，针对非轴对称弹头提供一种新的试验数据处理和分析方法。该方法不仅能够获得试验模型在滚转运动中滚转静力矩系数的平均值；还能获得滚转静力矩系数随滚转角动态周期性变化的规律；同时在数据处理过程中能得到理论仿真结果，与试验结果形成相互验证。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种基于气浮轴承的非轴对称弹头风洞试验数据处理方法，所述风洞试验中每一种风速和非轴对称弹头模型的俯仰角的组合为一个试验状态，所述模型在不同的试验状态下进行自由滚转运动，包括以下步骤：在确定一个试验状态下的滚转静力矩系数与滚转角变化量之间的关系时，包括：仿真步骤：预设一个滚转静力矩系数的变化幅值，对模型的滚转运动控制方程进行仿真模拟，得到所述模型的转速随时间t变化的仿真曲线；匹配步骤：将所述模型的转速随时间t变化的仿真曲线与所述模型的转速随时间t变化的试验曲线进行比较，确定所述仿真曲线与所述试验曲线最为匹配时的滚转静力矩系数的变化幅值，作为实际滚转静力矩系数的变化幅值；以及计算步骤：根据所述实际滚转静力矩系数的变化幅值得到所述滚转静力矩系数，由此确定了当前试验状态下滚转静力矩系数与滚转角变化量之间的关系。优选的是，其中，还包括以下步骤：步骤一、选择一个试验状态，对所述试验状态进行工程估算，得到所述模型的以滚转角变化来求解滚转静力矩系数的方程，其中，该方程中包括求解所述滚转静力矩系数所需的未知量：滚转静力矩系数的变化幅值；步骤二、将所述模型的以滚转角变化来求解滚转静力矩系数的方程代入滚转运动控制方程中，获得所述模型的滚转运动控制方程；步骤三、通过与所述模型连接的光学传感器测量所述模型在不同时刻的转速，得到所述模型的转速与时间t变化的试验曲线和所述模型的转速与时间t变化的试验方程；根据所述模型的滚转运动控制方程和所述模型的转速与时间t变化的试验方程，先计算出所述模型的滚转静力矩系数的平均值及所述模型的滚转阻尼系数；步骤四、执行所述仿真步骤；步骤五、执行所述匹配步骤，其中所述实际滚转静力矩系数的变化幅值作为所述未知量的解；以及该试验状态下步骤六、根据所述未知量的解得到所述滚转静力矩系数，由此确定了当前试验状态下滚转静力矩系数与滚转角变化量之间的关系；最后，依次选取多个试验状态，重复上述步骤，直到获得多个试验状态下滚转静力矩系数与滚转角变化量之间的关系。优选的是，其中，采用改进欧拉法对模型的滚转运动控制方程进行仿真模拟，得到所述模型的转速随时间t变化的仿真曲线，具体为：S1、预设所述模型tn时刻的转速，采用改进欧拉法估算所述模型tn+1时刻的转速，得到所述模型tn+1时刻的转速估算值；S2、对所述模型tn+1时刻的转速估算值进行修正，得到所述模型tn+1时刻的转速；S3、求解不同时刻所述模型的转速，得到所述模型的转速随时间t变化的仿真曲线；其中，n为大于或等于1的自然数。优选的是，其中，所述S1中，所述模型tn+1时刻的转速估算值为：Pn+1′=Pn+(tn+1-tn)·1I[ClpqsDDVPn+(Cl0‾+Asin(φn))qsD]]]>其中，所述P′n+1为所述模型tn+1时刻的转速估算值，所述Pn为所述模型tn时刻的转速,为滚转静力矩系数的平均值，A为滚转静力矩系数的变化幅值，φn为模型在tn时刻的滚转角，P为模型转速，I为模型滚转转动惯量，D为模型底部直径，V为来流速度，q为来流动压，s为模型底部面积，Clp为滚转阻尼系数。优选的是，其中，所述S2中，所述模型tn+1时刻的转速为：Pn+1=Pn+(tn+1-tn)12{1I[ClpqsDDVPn+(Cl0‾+Asin(φn))qsD]+1I[ClpqsDDVPn+1′+(Cl0‾+Asin(φn+1′))qsD]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于气浮轴承的非轴对称弹头风洞试验数据处理方法，所述风洞试验中每一种风速和非轴对称弹头模型的俯仰角的组合为一个试验状态，所述模型在不同的试验状态下进行自由滚转运动，其特征在于，包括以下步骤：在确定一个试验状态下的滚转静力矩系数与滚转角变化量之间的关系时，包括：仿真步骤：预设一个滚转静力矩系数的变化幅值，对模型的滚转运动控制方程进行仿真模拟，得到所述模型的转速随时间t变化的仿真曲线；匹配步骤：将所述模型的转速随时间t变化的仿真曲线与所述模型的转速随时间t变化的试验曲线进行比较，确定所述仿真曲线与所述试验曲线最为匹配时的滚转静力矩系数的变化幅值，作为实际滚转静力矩系数的变化幅值；以及计算步骤：根据所述实际滚转静力矩系数的变化幅值得到所述滚转静力矩系数，由此确定了当前试验状态下滚转静力矩系数与滚转角变化量之间的关系。

【技术特征摘要】
1.一种基于气浮轴承的非轴对称弹头风洞试验数据处理方法，所述风洞试验中每一种
风速和非轴对称弹头模型的俯仰角的组合为一个试验状态，所述模型在不同的试验状态下
进行自由滚转运动，其特征在于，包括以下步骤：
在确定一个试验状态下的滚转静力矩系数与滚转角变化量之间的关系时，包括：
仿真步骤：预设一个滚转静力矩系数的变化幅值，对模型的滚转运动控制方程进行仿
真模拟，得到所述模型的转速随时间t变化的仿真曲线；
匹配步骤：将所述模型的转速随时间t变化的仿真曲线与所述模型的转速随时间t变化
的试验曲线进行比较，确定所述仿真曲线与所述试验曲线最为匹配时的滚转静力矩系数的
变化幅值，作为实际滚转静力矩系数的变化幅值；以及
计算步骤：根据所述实际滚转静力矩系数的变化幅值得到所述滚转静力矩系数，由此
确定了当前试验状态下滚转静力矩系数与滚转角变化量之间的关系。
2.如权利要求1所述的基于气浮轴承的非轴对称弹头风洞试验数据处理方法，其特征
在于，还包括以下步骤：
步骤一、选择一个试验状态，对所述试验状态进行工程估算，得到所述模型的以滚转角
变化来求解滚转静力矩系数的方程，其中，该方程中包括求解所述滚转静力矩系数所需的
未知量：滚转静力矩系数的变化幅值；
步骤二、将所述模型的以滚转角变化来求解滚转静力矩系数的方程代入滚转运动控制
方程中，获得所述模型的滚转运动控制方程；
步骤三、通过与所述模型连接的光学传感器测量所述模型在不同时刻的转速，得到所
述模型的转速与时间t变化的试验曲线和所述模型的转速与时间t变化的试验方程；根据所
述模型的滚转运动控制方程和所述模型的转速与时间t变化的试验方程，先计算出所述模
型的滚转静力矩系数的平均值及所述模型的滚转阻尼系数；
步骤四、执行所述仿真步骤；
步骤五、执行所述匹配步骤，其中所述实际滚转静力矩系数的变化幅值作为所述未知
量的解；以及该试验状态下
步骤六、根据所述未知量的解得到所述滚转静力矩系数，由此确定了当前试验状态下
滚转...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁彬，赵俊波，张石玉，付增良，高清，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11