一種非定常氣動(dòng)力測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于臨近空間飛行器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非定常氣動(dòng)力測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新型飛行器的設(shè)計(jì)和研究需求的深入和細(xì)化，飛行器空氣動(dòng)力學(xué)研究逐漸擴(kuò)展到非定常領(lǐng)域，而現(xiàn)代飛行器尺寸增大、速度增快、控制精度要求提高、結(jié)構(gòu)柔性增大，非定常氣動(dòng)特性也逐漸引起廣泛重視。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在非定常氣動(dòng)力的仿真和計(jì)算方面取得了一定的成果，建立了各種非定常氣動(dòng)力的理論模型，已用于氣動(dòng)彈性分析等領(lǐng)域；在試驗(yàn)方面，主要集中于脈動(dòng)壓力試驗(yàn)和氣動(dòng)彈性試驗(yàn)(顫振試驗(yàn))等方向，而非定常氣動(dòng)力試驗(yàn)及測(cè)量是空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)和動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)的交叉結(jié)合，該交叉領(lǐng)域的研究還較少，試驗(yàn)方法還不成熟。
[0003]傳統(tǒng)氣動(dòng)力測(cè)量試驗(yàn)主要是基于動(dòng)力學(xué)相似理論和準(zhǔn)則，測(cè)量確定全飛行器或部件風(fēng)洞模型在一定流場(chǎng)中產(chǎn)生的氣動(dòng)力，通常該氣動(dòng)力僅與飛行器或部件的氣動(dòng)外形、流場(chǎng)(馬赫數(shù)、動(dòng)壓等)以及模型與氣流的相對(duì)位置等因素有關(guān)，并不隨時(shí)間產(chǎn)生變化。常規(guī)氣動(dòng)力測(cè)量系統(tǒng)通常由模型、天平、支撐系統(tǒng)、放大器、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)采集分析等組成。
[0004]同時(shí)為減小支撐系統(tǒng)對(duì)氣動(dòng)力測(cè)量的干擾、便于改變模型與流場(chǎng)的相對(duì)位置以及提高通用性等目的，支撐系統(tǒng)均為油壓控制系統(tǒng)，且支撐桿長(zhǎng)細(xì)比較大剛度較差，有利于常規(guī)定常氣動(dòng)力測(cè)量，但降低了氣動(dòng)力測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性范圍。如圖1所示，某氣動(dòng)力測(cè)量系統(tǒng)機(jī)械環(huán)節(jié)主要包括模型、天平、支撐系統(tǒng)等，其動(dòng)態(tài)特性的前兩階諧振頻率分別約為12Hz和20Hz，有效測(cè)量頻率范圍僅為6Hz以?xún)?nèi)。根據(jù)動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)指標(biāo)要求，該常規(guī)氣動(dòng)力測(cè)量系統(tǒng)不能用于測(cè)量較高頻率范圍^?50Hz)的非定常氣動(dòng)力。
[0005]綜上所述，由于測(cè)量系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)不滿(mǎn)足要求，特別是工作帶寬較窄，因此常規(guī)氣動(dòng)力測(cè)量系統(tǒng)不能用于測(cè)量非定常氣動(dòng)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種非定常氣動(dòng)力測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，以解決非定常氣動(dòng)力的風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)量問(wèn)題。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為:
[0008]一種非定常氣動(dòng)力測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟:
[0009]步驟1:開(kāi)展試驗(yàn)需求分析，確定是否具備開(kāi)展試驗(yàn)的條件，初步確定試驗(yàn)狀態(tài)，確定試驗(yàn)測(cè)量要求；
[0010]步驟2:確定最大可用縮比尺度,使得縮比模型尺寸最大；
[0011]步驟3:根據(jù)1:1原型非定常氣動(dòng)特性、風(fēng)洞試驗(yàn)狀態(tài)以及縮比模型尺寸，建立試驗(yàn)狀態(tài)的非定常氣動(dòng)特性預(yù)示分析模型，獲得試驗(yàn)狀態(tài)的非定常氣動(dòng)特性的預(yù)示結(jié)果，初步確定試驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)的有效頻率范圍；
[0012]步驟4:開(kāi)展縮比模型設(shè)計(jì)，在滿(mǎn)足空氣動(dòng)力相似準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，盡量減小模型的重量;
[0013]步驟5:開(kāi)展天平設(shè)計(jì)，在滿(mǎn)足靜態(tài)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，選用動(dòng)態(tài)性能較好的材料和應(yīng)變片，同時(shí)盡量提高天平的剛度；
[0014]步驟6:開(kāi)展支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)，在滿(mǎn)足變攻角、流場(chǎng)擾動(dòng)系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上，提高支撐系統(tǒng)的剛度；
[0015]步驟7:開(kāi)展測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選用動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，適當(dāng)提高采樣頻率；
[0016]步驟8:建立測(cè)量系統(tǒng)機(jī)械部分的數(shù)值分析模型，開(kāi)展試驗(yàn)系統(tǒng)的動(dòng)特性預(yù)分析，初步確定測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，判斷所關(guān)心頻率范圍內(nèi)的預(yù)示測(cè)量偏差是否試驗(yàn)要求；
[0017]步驟9:若所關(guān)心頻率范圍內(nèi)的預(yù)示測(cè)量偏差不滿(mǎn)足試驗(yàn)要求，則改進(jìn)縮比模型、天平或支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提高測(cè)量系統(tǒng)的諧振頻率，提高所關(guān)心頻率范圍內(nèi)的測(cè)量精度；
[0018]步驟10:若所關(guān)心頻率范圍內(nèi)的預(yù)示測(cè)量偏差滿(mǎn)足試驗(yàn)要求，則按照設(shè)計(jì)圖紙完成各組件的生產(chǎn)和組裝，完成測(cè)量系統(tǒng)的組建；
[0019]步驟11:完成試驗(yàn)系統(tǒng)的靜態(tài)標(biāo)定，確定測(cè)量系統(tǒng)的靜態(tài)測(cè)量精度和修正系數(shù)；
[0020]步驟12:完成試驗(yàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)標(biāo)定，確定測(cè)量系統(tǒng)在所關(guān)心頻率沮圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)測(cè)量精度和修正系數(shù)，并判斷所關(guān)心頻率范圍內(nèi)的測(cè)量偏差是否試驗(yàn)要求；
[0021]步驟13:若所關(guān)心頻率范圍內(nèi)的測(cè)量偏差不滿(mǎn)足試驗(yàn)要求，則對(duì)支撐系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，提高測(cè)量系統(tǒng)的諧振頻率，提高所關(guān)心頻率范圍內(nèi)的測(cè)量精度；
[0022]步驟14:若所關(guān)心頻率范圍內(nèi)的測(cè)量偏差滿(mǎn)足試驗(yàn)要求，則按照試驗(yàn)策劃完成各狀態(tài)的非定常氣動(dòng)力測(cè)量，并提供試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果。
[0023]所述的步驟2，根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)設(shè)施、I:1原型非定常氣動(dòng)特性、相似準(zhǔn)則分析確定最大可用縮比尺度。
[0024]所述的步驟4，空氣動(dòng)力相似準(zhǔn)則包括幾何相似、馬赫數(shù)相似。
[0025]所述的步驟7，保證采樣頻率不小于最大關(guān)心頻率的2.56倍。
[0026]所述的步驟8，數(shù)值分析模型為有限元模型，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性為幅相頻特性。
[0027]本發(fā)明所取得的有益效果為:
[0028]本發(fā)明是基于動(dòng)態(tài)測(cè)量原理的非定常氣動(dòng)力測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，能夠較好的完成非定常氣動(dòng)力測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，完成非定常氣動(dòng)力的測(cè)量，具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為常規(guī)氣動(dòng)力測(cè)量系統(tǒng)的示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明所述非定常氣動(dòng)力測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0032]如圖2所示，本發(fā)明所述非定常氣動(dòng)力測(cè)量試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法包括如下步驟:
[0033]步驟1:開(kāi)展試驗(yàn)需求分析，確定是否具備開(kāi)展試驗(yàn)的條件，初步確定試驗(yàn)狀態(tài)，確定試驗(yàn)測(cè)量要求。
[0034]步驟2:根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)設(shè)施、I:1原型非定常氣動(dòng)特性、相似準(zhǔn)則等分析確定最大可用縮比尺度，使得縮比模型尺寸最大。
[0035]步驟3:根據(jù)1:1原型非定常氣動(dòng)特性、風(fēng)洞試驗(yàn)狀