一種非定常氣動力測量試驗系統(tǒng)的設(shè)計方法
【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力測量試驗系統(tǒng)的設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著新型飛行器的設(shè)計和研究需求的深入和細化，飛行器空氣動力學研究逐漸擴展到非定常領(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，非定常氣動特性也逐漸引起廣泛重視。國內(nèi)外學者在非定常氣動力的仿真和計算方面取得了一定的成果，建立了各種非定常氣動力的理論模型，已用于氣動彈性分析等領(lǐng)域；在試驗方面，主要集中于脈動壓力試驗和氣動彈性試驗(顫振試驗)等方向，而非定常氣動力試驗及測量是空氣動力學試驗和動態(tài)測量技術(shù)的交叉結(jié)合，該交叉領(lǐng)域的研究還較少，試驗方法還不成熟。
[0003]傳統(tǒng)氣動力測量試驗主要是基于動力學相似理論和準則，測量確定全飛行器或部件風洞模型在一定流場中產(chǎn)生的氣動力，通常該氣動力僅與飛行器或部件的氣動外形、流場(馬赫數(shù)、動壓等)以及模型與氣流的相對位置等因素有關(guān)，并不隨時間產(chǎn)生變化。常規(guī)氣動力測量系統(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]同時為減小支撐系統(tǒng)對氣動力測量的干擾、便于改變模型與流場的相對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)，且支撐桿長細比較大剛度較差，有利于常規(guī)定常氣動力測量，但降低了氣動力測量系統(tǒng)的動態(tài)特性范圍。如圖1所示，某氣動力測量系統(tǒng)機械環(huán)節(jié)主要包括模型、天平、支撐系統(tǒng)等，其動態(tài)特性的前兩階諧振頻率分別約為12Hz和20Hz，有效測量頻率范圍僅為6Hz以內(nèi)。根據(jù)動態(tài)測量系統(tǒng)指標要求，該常規(guī)氣動力測量系統(tǒng)不能用于測量較高頻率范圍^?50Hz)的非定常氣動力。
[0005]綜上所述，由于測量系統(tǒng)動態(tài)性能指標不滿足要求，特別是工作帶寬較窄，因此常規(guī)氣動力測量系統(tǒng)不能用于測量非定常氣動力。

【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力測量試驗系統(tǒng)的設(shè)計方法，以解決非定常氣動力的風洞試驗測量問題。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為:
[0008]一種非定常氣動力測量試驗系統(tǒng)的設(shè)計方法，包括如下步驟:
[0009]步驟1:開展試驗需求分析，確定是否具備開展試驗的條件，初步確定試驗狀態(tài)，確定試驗測量要求；
[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原型非定常氣動特性、風洞試驗狀態(tài)以及縮比模型尺寸，建立試驗狀態(tài)的非定常氣動特性預示分析模型，獲得試驗狀態(tài)的非定常氣動特性的預示結(jié)果，初步確定試驗測量系統(tǒng)的有效頻率范圍；
[0012]步驟4:開展縮比模型設(shè)計，在滿足空氣動力相似準則的基礎(chǔ)上，盡量減小模型的重量;
[0013]步驟5:開展天平設(shè)計，在滿足靜態(tài)指標的基礎(chǔ)上，選用動態(tài)性能較好的材料和應(yīng)變片，同時盡量提高天平的剛度；
[0014]步驟6:開展支撐系統(tǒng)設(shè)計，在滿足變攻角、流場擾動系統(tǒng)要求的基礎(chǔ)上，提高支撐系統(tǒng)的剛度；
[0015]步驟7:開展測量系統(tǒng)設(shè)計，選用動態(tài)測量系統(tǒng)，適當提高采樣頻率；
[0016]步驟8:建立測量系統(tǒng)機械部分的數(shù)值分析模型，開展試驗系統(tǒng)的動特性預分析，初步確定測量系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)特性，判斷所關(guān)心頻率范圍內(nèi)的預示測量偏差是否試驗要求；
[0017]步驟9:若所關(guān)心頻率范圍內(nèi)的預示測量偏差不滿足試驗要求，則改進縮比模型、天平或支撐系統(tǒng)的設(shè)計，提高測量系統(tǒng)的諧振頻率，提高所關(guān)心頻率范圍內(nèi)的測量精度；
[0018]步驟10:若所關(guān)心頻率范圍內(nèi)的預示測量偏差滿足試驗要求，則按照設(shè)計圖紙完成各組件的生產(chǎn)和組裝，完成測量系統(tǒng)的組建；
[0019]步驟11:完成試驗系統(tǒng)的靜態(tài)標定，確定測量系統(tǒng)的靜態(tài)測量精度和修正系數(shù)；
[0020]步驟12:完成試驗系統(tǒng)的動態(tài)標定，確定測量系統(tǒng)在所關(guān)心頻率沮圍內(nèi)的動態(tài)測量精度和修正系數(shù)，并判斷所關(guān)心頻率范圍內(nèi)的測量偏差是否試驗要求；
[0021]步驟13:若所關(guān)心頻率范圍內(nèi)的測量偏差不滿足試驗要求，則對支撐系統(tǒng)進行適當改進，提高測量系統(tǒng)的諧振頻率，提高所關(guān)心頻率范圍內(nèi)的測量精度；
[0022]步驟14:若所關(guān)心頻率范圍內(nèi)的測量偏差滿足試驗要求，則按照試驗策劃完成各狀態(tài)的非定常氣動力測量，并提供試驗測量結(jié)果。
[0023]所述的步驟2，根據(jù)風洞試驗設(shè)施、I:1原型非定常氣動特性、相似準則分析確定最大可用縮比尺度。
[0024]所述的步驟4，空氣動力相似準則包括幾何相似、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)明是基于動態(tài)測量原理的非定常氣動力測量試驗系統(tǒng)的設(shè)計方法，能夠較好的完成非定常氣動力測量試驗系統(tǒng)的設(shè)計，完成非定常氣動力的測量，具有較高的實際應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0029]圖1為常規(guī)氣動力測量系統(tǒng)的示意圖；
[0030]圖2為本發(fā)明所述非定常氣動力測量試驗系統(tǒng)的設(shè)計方法流程圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0032]如圖2所示，本發(fā)明所述非定常氣動力測量試驗系統(tǒng)的設(shè)計方法包括如下步驟:
[0033]步驟1:開展試驗需求分析，確定是否具備開展試驗的條件，初步確定試驗狀態(tài)，確定試驗測量要求。
[0034]步驟2:根據(jù)風洞試驗設(shè)施、I:1原型非定常氣動特性、相似準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原型非定常氣動特性、風洞試驗狀