【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于动导数测量，具体涉及一种基于分周期互相关原理的连续动导数计算方法。
技术介绍
1、动导数测量试验是采用模型在风洞中做小幅简谐运动的形式，测量作用在飞行器模型上的气动力和力矩对运动参数时间变化率，从而提取出动导数的试验。
2、目前，风洞试验中测试动导数的通常方法是通过阶梯变迎角方式获取单个迎角下的动导数数据。然而，某些迎角下动导数气动力迟滞环会出现拐折现象，此时平衡迎角附近动导数会随着迎角小幅变化而产生急剧变化，而传统动导数处理方法只能给出某一迎角下的定值，不能充分反映随迎角变化的趋势。
3、为解决该问题，国内一些单位开发了适用于低速风洞的纵向动导数低速风洞连续测量试验方法，该方法的原理是基于传统的纵向气动导数气动力模型建模思想，通过参数辨识方法辨识不同迎角下的动导数。但由于高速风洞中模型表面激波的存在，该气动力模型并不适用于高速风洞试验环境。此外，由于该气动力模型为纵向导数模型，且尚未有成熟的描述纵横向气动力耦合特性的气动力模型，故该方法目前仅适用于俯仰方向的动导数辨识，尚不适用于滚转、偏航方向的动导数获取。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的问题是获取随姿态角连续变化的动导数数据，提出一种基于分周期互相关原理的连续动导数计算方法。
2、为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种基于分周期互相关原理的连续动导数计算方法，包括如下步骤：
4、s1. 在无风条件下进行动导数试验，达到目标频率并稳
5、s2，在有风条件下进行动导数试验，达到目标频率并稳定后，连续变姿态角，获取天平载荷和振动角度，并扣除天平载荷随姿态角变化的趋势项，再对扣除趋势项的天平载荷和振动角位移进行分周期、离散互相关处理，得到有风条件单个振动周期下的阻尼导数；
6、s3. 获取每个振动周期下的平均姿态角，分别建立无风条件下的阻尼导数关于平均姿态角的对应关系和有风条件下的阻尼导数关于平均姿态角的对应关系；
7、s4. 再将有风条件下与无风条件下的阻尼导数一一对应相减，得到有量纲的气动力阻尼导数，然后进行无量纲处理，得到连续动导数。
8、进一步的，步骤s1的具体实现方法包括如下步骤：
9、s1.1. 在无风条件下进行动导数试验，对天平动态电压信号进行采集，并进行低通滤波处理；
10、s1.2. 利用天平合格证校准系数，对动态天平信号进行迭代，得到天平力、力矩、角位移；
11、s1.3. 以角位移为基准，以过零点为判断准则，进行分周期处理，获取每个振动周期下的俯仰力矩和；
12、s1.4. 将每个振动周期下俯仰力矩、角位移与其对应的平均值相减，扣减单个周期下自身的趋势项，表达式为：
13、；
14、；
15、其中，为俯仰力矩的平均值，为扣减的俯仰力矩，为角位移的平均值，为扣减的角位移；
16、s1.5. 基于天平反映的力矩信号包括设定频率下的振动力矩信号、试验机构间隙、电磁干扰因素的影响，存在各次谐波信号、静力矩信号和随机噪声干扰信号，得到模型所受力矩的表达式为：
17、；
18、其中，为静力矩信号，为力矩基波信号，为力矩各次谐波信号，为随机噪声信号，为模型振动角速度，为振动角度信号与力矩信号之间的相位差，t为时间，为谐波阶次；
19、为消除干扰信号，基于数字互相关原理，将得到的模型所受力矩两边同乘以后，进行积分，得到表达式为：
20、 ；
21、其中，为每个振动周期的角位移振幅；
22、s1.6. 由三角函数性质，得到表达式为：
23、；
24、转换成离散形式，得到每个振动周期下的，表达式为：
25、；
26、其中，为每个振动周期的采集点总数；
27、每个振动周期的角位移振幅通过识别单个周期下的最大角位移振幅和最小角位移振幅求得，公式如下：
28、；
29、振动角速度的公式如下：
30、；
31、其中，为名义振动频率；
32、s1.7. 基于得到的、以及乘积，求解每个振动周期下的俯仰阻尼导数，表达式为：
33、；
34、其中，为机械阻尼系数；
35、在无风条件下进行动导数试验，得到无风条件单个振动周期下的阻尼导数为。
36、进一步的，步骤s2中在有风条件下进行动导数试验，得到的有风条件单个振动周期下的阻尼导数为。
37、进一步的，步骤s3的具体实现方法包括如下步骤：
38、s3.1. 获取每个振动周期时间对应的平均姿态角,公式如下；
39、；
40、其中，为第 i个采集点对应的姿态角， i为 n中的任意一个；
41、s3.2. 建立无风条件下的阻尼导数关于平均姿态角的对应关系和有风条件下的阻尼导数关于平均姿态角的对应关系为，。
42、进一步的，步骤s4的具体实现方法包括如下步骤：
43、s4.1. 将有风条件下与无风条件下的阻尼导数一一对应相减，得到有量纲的气动力阻尼导数；
44、s4.2. 然后进行无量纲处理，得到连续动导数，表达式为：
45、；
46、其中，为无量纲俯仰阻尼导数，为速压，为参考面积，为当地因素，为参考长度。
47、本专利技术的有益效果：
48、本专利技术所述的一种基于分周期互相关原理的连续动导数计算方法，无需建立复杂的气动力模型，可以在不依赖于理论气动力模型的情况下对动导数进行测量。不仅适用于低速风洞，还适用于高速风洞及大迎角等难以建立精确气动力模型的情况。
49、本专利技术所述的一种基于分周期互相关原理的连续动导数计算方法，适用于高速风洞动导数连续测量试验，方便快捷，具有较高的工程应用价值；本方法不受姿态角变化限制，可在连续变迎角、侧滑角、滚转角的情况下，实现动导数的连续测量；本方法适用于俯仰、偏航、滚转三个振动类型动导数试验，可获取俯仰、滚转、偏航动导数；本方法可拓展应用于低速风洞动导数连续测量试验。
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1.一种基于分周期互相关原理的连续动导数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于分周期互相关原理的连续动导数计算方法，其特征在于，步骤S1的具体实现方法包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于分周期互相关原理的连续动导数计算方法，其特征在于，步骤S2中在有风条件下进行动导数试验，得到的有风条件单个振动周期下的阻尼导数为。
4.根据权利要求3所述的一种基于分周期互相关原理的连续动导数计算方法，其特征在于，步骤S3的具体实现方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于分周期互相关原理的连续动导数计算方法，其特征在于，步骤S4的具体实现方法包括如下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于分周期互相关原理的连续动导数计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于分周期互相关原理的连续动导数计算方法，其特征在于，步骤s1的具体实现方法包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于分周期互相关原理的连续动导数计算方法，其特征在于，步骤s2中在有风条件...
【专利技术属性】
技术研发人员：才义，潘金柱，张杰，徐明，李海钦，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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