一种基于脉冲型风洞的零刚度支撑气动力测量方法技术

本发明专利技术涉及风洞试验技术领域，尤其涉及一种基于脉冲型风洞的零刚度支撑气动力测量方法，包括：获取风洞流场参数和模型实体参数；通过有限元模拟，估算模型在风洞流场中受气动力的量级；基于模型在风洞流场中受气动力的量级、模型实体参数以及风洞流场的有效作用时间，计算模型在风洞流场中的姿态角度变化范围；判断模型在风洞流场中的姿态角度变化范围是否不超过预设的角度变化阈值，是则继续；确定模型中内嵌的加速度计组合参数；将模型以零刚度支撑的形式置于风洞流场中，获取有效作用时间内所有加速度计的测量结果；基于获取的所有加速度计的测量结果，解算模型在风洞流场中实际所受气动力。本发明专利技术能够提高气动力载荷测量的频响及数据可信度。量的频响及数据可信度。量的频响及数据可信度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于脉冲型风洞的零刚度支撑气动力测量方法


[0001]本专利技术涉及风洞试验
，尤其涉及一种基于脉冲型风洞的零刚度支撑气动力测量方法。

技术介绍

[0002]脉冲型风洞，如激波风洞、膨胀管风洞等，是开展高超声速飞行器飞行环境地面试验的重要设备。高超声速飞行器的气动力测量试验通常是将飞行器模型安装在脉冲型风洞中，通过风洞产生满足模拟条件的流场作用于模型，进而对模型所受气动力载荷进行测量。
[0003]对于常规模型，目前所采用的气动力测量技术主要是尾支撑内式天平气动力测量技术，原理上属于静态测力技术。由于运行原理的限制，脉冲型风洞的有效作用时间一般仅有几百微秒至几十毫秒，整个过程属于动态测试过程，振动干扰凸显。尾支撑内式天平气动力测量试验装置在构型上属于悬臂梁，测量结果频响偏低，难以准确测定短时间内的气动力信号。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对上述至少一部分不足之处，提供一种基于脉冲型风洞的零刚度支撑气动力测量方法，以提高测量频响及数据可信度。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于脉冲型风洞的零刚度支撑气动力测量方法，包括：
[0006]获取风洞流场参数和待测量模型的模型实体参数；所述模型内嵌有加速度计组合及离线数据采集装置，所述加速度计组合包括多个加速度计，所述离线数据采集装置与每个所述加速度计均连接，用于采集并存储所述加速度计的测量结果；
[0007]基于所述风洞流场参数和所述模型实体参数，通过有限元模拟，估算所述模型在风洞流场中受气动力的量级；
[0008]基于估算的所述模型在风洞流场中受气动力的量级、所述模型实体参数以及风洞流场的有效作用时间，计算所述模型在风洞流场中的姿态角度变化范围；
[0009]判断所述模型在风洞流场中的姿态角度变化范围是否不超过预设的角度变化阈值，是则继续；
[0010]确定所述模型中内嵌的加速度计组合参数；所述加速度计组合参数包括各所述加速度计分别对应的最终测量参量、安装位置、测量范围及测量精度；
[0011]将所述模型以零刚度支撑的形式置于风洞流场中，获取有效作用时间内所有所述加速度计的测量结果；
[0012]基于获取的所有所述加速度计的测量结果和加速度计组合参数，解算所述模型在风洞流场中实际所受气动力。
[0013]可选地，若最终测量参量包括轴向力、法向力、侧向力、俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩中的一种或多种，所述将所述模型以零刚度支撑的形式置于风洞流场中，包括：
[0014]将所述模型以预设姿态置于风洞流场均匀区上方；
[0015]纯净释放令所述模型以自由下落的形式进入风洞流场均匀区，从而在有效作用时间内以零刚度支撑的形式处于风洞流场中。
[0016]可选地，若最终测量参量包括轴向力、法向力、侧向力、俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩中的一种或多种，所述将所述模型以零刚度支撑的形式置于风洞流场中，包括：
[0017]将所述模型通过悬吊或托举的方式以预设姿态置于风洞流场均匀区内；
[0018]解除悬吊或托举的结构，令所述模型在有效作用时间内以零刚度支撑的形式处于风洞流场中。
[0019]可选地，在所述判断所述模型在风洞流场中的姿态角度变化范围不超过预设的角度变化阈值之后，在所述将所述模型以零刚度支撑的形式置于风洞流场中之前，还包括：
[0020]估算所述模型的落点区域；
[0021]基于所述模型的落点区域，确定回收装置的安装位置，并安装所述回收装置。
[0022]可选地，若最终测量参量包括轴向力、侧向力、偏航力矩和滚转力矩中的一种或多种，所述将所述模型以零刚度支撑的形式置于风洞流场中，包括：
[0023]将所述模型通过垂线悬吊的方式以预设姿态置于风洞流场均匀区内，从而令所述模型在有效作用时间内在轴向、侧向、偏航方向和滚转方向以零刚度支撑的形式处于风洞流场中。
[0024]可选地，所述将所述模型通过垂线悬吊的方式以预设姿态置于风洞流场均匀区内，包括：
[0025]采用悬吊装置水平悬吊所述模型；所述悬吊装置包括框架及两根垂线，水平悬吊所述模型时，所述框架与所述模型的轴向均调至水平，一根垂线自所述框架垂直所述模型的轴向连接至所述模型的头部对流场干扰最小的位置，另一根垂线自所述框架垂直所述模型的轴向连接至所述模型的尾部端面，两根垂线平行间隔且上底端吊点均在所述模型的轴线与重力方向构成的平面内；
[0026]通过改变所述框架的姿态，调整所述模型的姿态至预设姿态。
[0027]可选地，若最终测量参量只包括轴向力，所述将所述模型以零刚度支撑的形式置于风洞流场中，包括：
[0028]采用悬吊装置水平悬吊所述模型；所述悬吊装置包括框架及两组悬线，每组悬线包括至少两根斜向悬线，水平悬吊所述模型时，所述框架与所述模型的轴向均调至水平，一组悬线自所述框架垂直所述模型的轴向连接至所述模型的头部对流场干扰最小的位置，另一组悬线自所述框架垂直所述模型的轴向连接至所述模型的尾部端面，两组悬线平行间隔，每组悬线中的两根斜向悬线相对于所述模型的轴向与重力方向构成的平面对称，两根斜向悬线的底端吊点连接在同一处或顶端吊点间距大于底端吊点间距；
[0029]通过改变所述框架的姿态，调整所述模型的姿态至预设姿态，从而令所述模型在有效作用时间内在轴向方向以零刚度支撑的形式处于风洞流场中。
[0030]可选地，待测量的所述模型是通过如下方式制作的：
[0031]获取风洞流场参数及待制作模型的几何形状和尺寸；
[0032]基于风洞流场参数及模型的几何形状和尺寸，通过有限元模拟，估算模型在风洞流场中受气动力的量级及压心所在区域；
[0033]基于估算的模型在风洞流场中受气动力的量级及预设的角度变化阈值和有效作用时间，确定模型的转动惯量和压心到质心距离的组合设计范围；模型的转动惯量和压心到质心距离的组合设计范围内包括有多个在有效作用时间内姿态变化不超过角度变化阈值的转动惯量和压心到质心距离数据组合；
[0034]基于模型的转动惯量和压心到质心距离的组合设计范围，通过转动惯量与质量的关系，确定模型的质量、转动惯量和压心到质心距离的组合设计范围；模型的质量、转动惯量和压心到质心距离的组合设计范围内包括有多个在有效作用时间内姿态变化不超过角度变化阈值的质量、转动惯量和压心到质心距离数据组合；
[0035]通过多目标优化方法，在模型的质量、转动惯量和压心到质心距离的组合设计范围内，选定模型的质量、转动惯量和压心到质心距离数据值；
[0036]基于估算的模型压心所在区域以及选定的模型的质量、转动惯量和压心到质心距离数据值，确定模型的质量分布；
[0037]基于所述几何形状和尺寸，制作模型壳体；
[0038]根据确定的模型的质量分布，在制成的模型壳体内设置相应配重，得到模型实体；
[0039]基于最终测量参量、模型实体的实际参数及所述风洞流场参数，确定加速本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于脉冲型风洞的零刚度支撑气动力测量方法，其特征在于，包括：获取风洞流场参数和待测量模型的模型实体参数；所述模型内嵌有加速度计组合及离线数据采集装置，所述加速度计组合包括多个加速度计，所述离线数据采集装置与每个所述加速度计均连接，用于采集并存储所述加速度计的测量结果；基于所述风洞流场参数和所述模型实体参数，通过有限元模拟，估算所述模型在风洞流场中受气动力的量级；基于估算的所述模型在风洞流场中受气动力的量级、所述模型实体参数以及风洞流场的有效作用时间，计算所述模型在风洞流场中的姿态角度变化范围；判断所述模型在风洞流场中的姿态角度变化范围是否不超过预设的角度变化阈值，是则继续；确定所述模型中内嵌的加速度计组合参数；所述加速度计组合参数包括各所述加速度计分别对应的最终测量参量、安装位置、测量范围及测量精度；将所述模型以零刚度支撑的形式置于风洞流场中，获取有效作用时间内所有所述加速度计的测量结果；基于获取的所有所述加速度计的测量结果和加速度计组合参数，解算所述模型在风洞流场中实际所受气动力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若最终测量参量包括轴向力、法向力、侧向力、俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩中的一种或多种，所述将所述模型以零刚度支撑的形式置于风洞流场中，包括：将所述模型以预设姿态置于风洞流场均匀区上方；纯净释放令所述模型以自由下落的形式进入风洞流场均匀区，从而在有效作用时间内以零刚度支撑的形式处于风洞流场中。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若最终测量参量包括轴向力、法向力、侧向力、俯仰力矩、偏航力矩和滚转力矩中的一种或多种，所述将所述模型以零刚度支撑的形式置于风洞流场中，包括：将所述模型通过悬吊或托举的方式以预设姿态置于风洞流场均匀区内；解除悬吊或托举的结构，令所述模型在有效作用时间内以零刚度支撑的形式处于风洞流场中。4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在所述判断所述模型在风洞流场中的姿态角度变化范围不超过预设的角度变化阈值之后，在所述将所述模型以零刚度支撑的形式置于风洞流场中之前，还包括：估算所述模型的落点区域；基于所述模型的落点区域，确定回收装置的安装位置，并安装所述回收装置。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若最终测量参量包括轴向力、侧向力、偏航力矩和滚转力矩中的一种或多种，所述将所述模型以零刚度支撑的形式置于风洞流场中，包括：将所述模型通过垂线悬吊的方式以预设姿态置于风洞流场均匀区内，从而令所述模型在有效作用时间内在轴向、侧向、偏航方向和滚转方向以零刚度支撑的形式处于风洞流场中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述模型通过垂线悬吊的方式以预设姿态置于风洞流场均匀区内，包括：采用悬吊装置水平悬吊所述模型；所述悬吊装置包括框架及两根垂线，水平悬吊所述模型时，所述框架与所述模型的轴向均调至水平，一根垂线自所述框架垂直所述模型的轴向连接至所述模型的头部对流场干扰最小的位置，另一根垂线自所述框架垂直所述模型的轴向连接至所述模型的尾部端面，两根垂线平行间隔且上底端吊点均在所述模型的轴线与重力方向构成的平面内；通过改变所述框架的姿态，调整所述模型的姿态至预设姿态。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，若最终测量参量只包括轴向力，所述将所述模型以零刚度支撑的形式置于风洞流场中，包括：采用悬吊装置水平悬吊所述模型；所述悬吊装置包括框架及两组悬线，每组悬线包括至少两根斜向悬线，水平悬吊所述模型时，所述框架与所述模型的轴向均调至水平，一组悬线自所述框架垂直所述模型的轴向连接至所述模型的头部对流场干扰最小的位置，另一组悬线自所述框架垂直所述模型的轴向连接至所述模型的尾部端面，两组悬线平行间隔，每组悬线中的两根斜向悬线相对于所述模型的轴向与重力方向构成的平面对称，两根斜向悬线的底端吊点连接在同一处或顶端吊点间距大于底端吊点间距；通过改变所述框架...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘施然，黄军，田润雨，胡守超，赵秀和，游天夏，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：