一種基于加速度信號(hào)能量的風(fēng)洞試驗(yàn)天平的評(píng)估方法
【專利摘要】一種基于加速度信號(hào)能量的風(fēng)洞試驗(yàn)天平的評(píng)估方法，其做法主要是，在飛行器模型頂端內(nèi)壁、模型框架和天平上分別安裝模型、框架、天平三向加速度傳感器，對(duì)三個(gè)傳感器測(cè)出的各向加速度信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換得到頻譜信號(hào)，進(jìn)而計(jì)算出0～300Hz內(nèi)六個(gè)頻帶的能量歸一化特征值，再分別計(jì)算模型、框架同向加速度信號(hào)的能量歸一化特征值的差值，以及模型與天平同向加速度信號(hào)的能量歸一化特征值的差值；當(dāng)各向的這兩種加速度能量歸一化特征值的差值均在規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，評(píng)估結(jié)果判定天平的測(cè)試數(shù)據(jù)可信，否則判定不可信。從而保證風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)通過(guò)天平測(cè)出的模型的力學(xué)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、可靠；為航空航天飛行器提供更準(zhǔn)確、可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
【專利說(shuō)明】—種基于加速度信號(hào)能量的風(fēng)洞試驗(yàn)天平的評(píng)估方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空航天飛行器風(fēng)洞試驗(yàn)天平的校準(zhǔn)與評(píng)估方法，尤其涉及一種基于加速度信號(hào)能量的風(fēng)洞試驗(yàn)天平的評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002]航空航天飛行器的研制過(guò)程中，為了了解飛行器性能、降低飛行器研制風(fēng)險(xiǎn)和成本，通常會(huì)進(jìn)行風(fēng)洞模型試驗(yàn)。在各種試驗(yàn)條件下對(duì)飛行器試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪艿降臍鈩?dòng)力大小、力矩進(jìn)行測(cè)量，是風(fēng)洞試驗(yàn)中最基本的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。其測(cè)試原理是，在風(fēng)洞的底部固定一模型支座，模型支座的上端穿入試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭信c天平的固定端螺紋連接，天平的測(cè)量端與試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械哪Ｐ涂蚣苈菁y連接；模型框架又通過(guò)螺栓固定連接試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。試?yàn)時(shí)，往風(fēng)洞通入特定風(fēng)速的氣流，試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪艿较鄳?yīng)的氣動(dòng)力和力矩的作用，該氣動(dòng)力和力矩通過(guò)模型框架傳遞給支座上端的天平，由 天平感應(yīng)和測(cè)量出六個(gè)自由度上的氣動(dòng)力和力矩。將天平(受到)測(cè)出的氣動(dòng)力和力矩推斷為試驗(yàn)?zāi)Ｐ褪艿降臍鈩?dòng)力和力矩。
[0003]由于氣動(dòng)力和力矩從試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖蚰Ｐ涂蚣芗疤炱絺鬟f時(shí)，試驗(yàn)?zāi)Ｐ团c模型框架的連接螺栓，模型框架與天平的連接螺栓，模型框架本身均會(huì)對(duì)傳遞的氣動(dòng)力和力矩造成衰減和干擾，導(dǎo)致風(fēng)洞模型試驗(yàn)中，氣動(dòng)力和力矩的測(cè)試誤差大，精度低。因此，需要對(duì)天平校正或評(píng)估。
[0004]現(xiàn)有的天平校準(zhǔn)技術(shù)多為在天平校準(zhǔn)設(shè)備上，對(duì)天平施加標(biāo)準(zhǔn)載荷，并采集天平輸出信號(hào)，計(jì)算天平各分量的輸出信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)載荷的變化關(guān)系。這種校準(zhǔn)方法周期長(zhǎng)、步驟多，且只能對(duì)天平的靜態(tài)特性進(jìn)行校準(zhǔn)，無(wú)法對(duì)實(shí)際工況下天平的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行評(píng)估，導(dǎo)致實(shí)際工況下的風(fēng)洞試驗(yàn)的力學(xué)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和可靠性難以確定，不能準(zhǔn)確、可靠的評(píng)價(jià)航空航天飛行器的性能，也不能為航空航天飛行器提供準(zhǔn)確、可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種基于加速度信號(hào)能量的風(fēng)洞試驗(yàn)天平的評(píng)估方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)際工況下的航空航天飛行器風(fēng)洞模型試驗(yàn)中天平動(dòng)態(tài)輸出特性的評(píng)估，使航空航天飛行器風(fēng)洞模型試驗(yàn)的氣動(dòng)力和力矩的測(cè)試誤差在允許的范圍內(nèi)，風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)測(cè)出的力學(xué)數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確、可靠；從而能更準(zhǔn)確、可靠的評(píng)價(jià)航空航天飛行器的性能，也能為航空航天飛行器提供更準(zhǔn)確、可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
[0006]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是:一種基于加速度信號(hào)能量的風(fēng)洞試驗(yàn)天平的評(píng)估方法，其步驟如下:
[0007]A、試驗(yàn)前，在飛行器模型的頂端內(nèi)壁、模型框架和天平上分別安裝模型三向加速度傳感器、框架三向加速度傳感器和天平三向加速度傳感器，模型三向加速度傳感器、框架三向加速度傳感器和天平三向加速度傳感器的信號(hào)輸出端均與信號(hào)調(diào)理儀相連；信號(hào)調(diào)理儀還通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備與計(jì)算機(jī)相連；
[0008]B、模擬實(shí)際工況，對(duì)飛行器模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)；試驗(yàn)的同時(shí)，模型三向加速度傳感器、框架三向加速度傳感器和天平三向加速度傳感器將各自測(cè)出的加速度信號(hào)fpv(t)以采樣頻率L通過(guò)信號(hào)調(diào)理儀送入計(jì)算機(jī)；其中p=l，2，3，分別表示模型三向加速度傳感器、框架三向加速度傳感器和天平三向加速度傳感器上采集的加速度信號(hào)，v=X, Y, Z分別表示三向加速度傳感器在X、Y、Z方向上采集到的加速度信號(hào)，t=l，2，3，...，N，代表信號(hào)fpv(t)的采樣點(diǎn)的序列數(shù)，N為總采樣點(diǎn)數(shù)；
[0009]C、計(jì)算機(jī)通過(guò)傅里葉變換將每路加速度信號(hào)fpv(t)變換成頻譜信號(hào)Φρν(ω);其中ω =1，2，...，L/2為頻率；并將每路頻譜信號(hào)Φρν( ω)在O~300Hz頻率段均分成六個(gè)頻
帶，提取頻譜信號(hào)Φρν(ω)在頻帶i的加速度信號(hào)的能量歸一化特征值
【權(quán)利要求】
1.一種基于加速度信號(hào)能量的風(fēng)洞試驗(yàn)天平的評(píng)估方法，其步驟如下: A、試驗(yàn)前，在飛行器模型(I)的頂端內(nèi)壁、模型框架(2)和天平(3)上分別安裝模型三向加速度傳感器(la)、框架三向加速度傳感器(2a)和天平三向加速度傳感器(3a)，模型三向加速度傳感器(la)、框架三向加速度傳感器(2a)和天平三向加速度傳感器(3a)的信號(hào)輸出端均與信號(hào)調(diào)理儀相連；信號(hào)調(diào)理儀還通過(guò)數(shù)據(jù)采集設(shè)備與計(jì)算機(jī)相連； B、模擬實(shí)際工況，對(duì)飛行器模型進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)；試驗(yàn)的同時(shí)，模型三向加速度傳感器(la)、框架三向加速度傳感器(2a)和天平三向加速度傳感器(3a)將各自測(cè)出的加速度信號(hào)fpv(t)以采樣頻率L通過(guò)信號(hào)調(diào)理儀送入計(jì)算機(jī)；其中p=l，2，3，分別表示模型三向加速度傳感器(la)、框架三向加速度傳感器(2a)和天平三向加速度傳感器(3a)上采集的加速度信號(hào)，v=X, Y, Z分別表示三向加速度傳感器在X、Y、Z方向上采集到的加速度信號(hào)，t=l，2，3，…，N，代表信號(hào)fpv(t)的采樣點(diǎn)的序列數(shù)，N為總采樣點(diǎn)數(shù)； C、計(jì)算機(jī)通過(guò)傅里葉變換將每路加速度信號(hào)fpv(t)變換成頻譜信號(hào)Φρν(ω);其中co=l，2，...，L/2為頻率；并將每路頻譜信號(hào)Φρν(ω)在O~300Hz頻率段均分成六個(gè)頻帶，提取頻譜信號(hào)ΦΡν(ω)在頻帶i的加速度信號(hào)的能量歸一化特征值，i=l, 2，L, 6，i為頻帶的序號(hào)； D、將由模型三向加速度傳感器(Ia)得到的X、Y、Z方向上的加速度信號(hào)在頻帶i的能量歸一化特征值7;1X、7;1Z與由框架三向加速度傳感器(2a)得到的X、Y、Z方向上在頻帶i的加速度信號(hào)的能量歸一化特征值G2' 、G2z分別按下式計(jì)算得到X、Y、Z方向上在頻帶i的模型加速度與框架加速度的相對(duì)差值si1—2)x、si1—<'-2)Ζ,
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于加速度信號(hào)能量的風(fēng)洞試驗(yàn)天平的評(píng)估方法，其特征在于:所述的步驟C中提取頻譜信號(hào)Φρν(ω)在頻帶i的加速度信號(hào)的能量歸一化特征值的具體做法是: 采用能量計(jì)算公式
【文檔編號(hào)】G01M9/06GK103940577SQ201410161305
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】高宏力, 張小慶, 文娟, 黃海鳳, 許明恒, 呂金洲, 李世超, 郭亮, 黃曉蓉, 張一文 申請(qǐng)人:西南交通大學(xué)