干風(fēng)洞氣動(dòng)彈性試驗(yàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種干風(fēng)洞氣動(dòng)彈性試驗(yàn)方法，是利用閉合的氣動(dòng)彈性試驗(yàn)系統(tǒng)對試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行測試的方法，首先通過計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)和氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)構(gòu)成所述閉合的氣動(dòng)彈性試驗(yàn)系統(tǒng)，再利用所述閉合的氣動(dòng)彈性試驗(yàn)系統(tǒng)對所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行測試，從而實(shí)現(xiàn)對模擬飛行器在非定常氣動(dòng)力下響應(yīng)的目的。本發(fā)明通過信號(hào)采集/反饋系統(tǒng)構(gòu)成回路，能夠有效地模擬結(jié)構(gòu)變形對載荷分布的影響，即氣動(dòng)彈性影響。并且由于加載設(shè)備與加載模型之間不接觸，可以減少傳統(tǒng)地面試驗(yàn)所產(chǎn)生的誤差。
【專利說明】干風(fēng)洞氣動(dòng)彈性試驗(yàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地面干風(fēng)洞試驗(yàn)，尤其涉及一種干風(fēng)洞氣動(dòng)彈性試驗(yàn)方法，屬于航天航空工程領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]為了測量飛行器的結(jié)構(gòu)性能，通常采用風(fēng)洞試驗(yàn)的試驗(yàn)方法，但是風(fēng)洞試驗(yàn)成本較高，而對于一些特殊的試驗(yàn)，試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)工作、飛行工況的真實(shí)模擬變得非常復(fù)雜。因此，一些國內(nèi)外研宄人員嘗試采用地面試驗(yàn)來代替風(fēng)洞試驗(yàn)。這類試驗(yàn)稱為干風(fēng)洞試驗(yàn)，常規(guī)的干風(fēng)洞試驗(yàn)使用激振器等設(shè)備進(jìn)行加載(如圖1)。
[0003]但是，現(xiàn)有的地面試驗(yàn)方法存在著以下不足:
[0004](1)施加的載荷通常是集中載荷，無法準(zhǔn)確模擬氣動(dòng)力。
[0005](2)利用激振器等設(shè)備進(jìn)行加載時(shí)存在振幅較小，無法實(shí)現(xiàn)大振幅振動(dòng)的情況。
[0006](3)無法模擬機(jī)翼扭轉(zhuǎn)，無法模擬結(jié)構(gòu)變形對于氣動(dòng)力載荷的影響，即對氣動(dòng)彈性進(jìn)行模擬。
[0007](4)加載裝置與試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嗷ソ佑|，會(huì)干擾試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0008](5)不采用信號(hào)回饋，無法模擬準(zhǔn)定常氣動(dòng)力/非定常氣動(dòng)力。


【發(fā)明內(nèi)容】

:
[0009]本發(fā)明旨在建立一種干風(fēng)洞氣動(dòng)彈性試驗(yàn)方法，利用安培力實(shí)現(xiàn)飛行器靜動(dòng)態(tài)氣動(dòng)載荷的真實(shí)模擬，利用激光測振儀器等采集設(shè)備和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對模型變形的反饋，利用試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃陀?jì)算機(jī)將兩套設(shè)備聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)變形與外界氣動(dòng)力的耦合，也就是對氣動(dòng)彈性現(xiàn)象的模擬。為地面干風(fēng)洞氣動(dòng)彈性試驗(yàn)提供可靠的試驗(yàn)技術(shù)支撐。
[0010]本發(fā)明的干風(fēng)洞氣動(dòng)彈性試驗(yàn)方法是利用閉合的氣動(dòng)彈性試驗(yàn)系統(tǒng)對試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行測試的方法，首先通過計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)和氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)構(gòu)成所述閉合的氣動(dòng)彈性試驗(yàn)系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)的位移丨速度丨轉(zhuǎn)角傳感器用于采集所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖冃螖?shù)據(jù)，所述氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)的加載導(dǎo)線配置在所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕?，利用所述閉合的氣動(dòng)彈性試驗(yàn)系統(tǒng)對所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行測試的步驟包括:步驟一，所述數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)通過所述位移/速度/轉(zhuǎn)角傳感器從所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕喜杉@得所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膹澢?、扭轉(zhuǎn)等相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集器；再通過數(shù)據(jù)線，將所述數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)獲得的所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥冃螖?shù)據(jù)傳遞給所述計(jì)算機(jī)；步驟二，所述計(jì)算機(jī)通過非定常氣動(dòng)力公式，計(jì)算出試驗(yàn)?zāi)Ｐ痛丝虘?yīng)該產(chǎn)生的氣動(dòng)力大小，并將所需要的氣動(dòng)力按照安培力公式轉(zhuǎn)化為不同的電流信號(hào)輸出至所述氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)中的程控電源；步驟三，所述程控電源從所述計(jì)算機(jī)中獲得需要輸出的電流信號(hào)，向所述加載導(dǎo)線輸出該值電流，由此位于所述均勻磁場中的所述加載導(dǎo)線為所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ吞峁┫鄳?yīng)的安培力，從而帶動(dòng)所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶l(fā)生變形；和步驟四，所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖兓瘮?shù)值再次通過所述位移/速度/轉(zhuǎn)角傳感器傳輸給所述數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)，重復(fù)上述步驟，從而實(shí)現(xiàn)對模擬飛行器在非定常氣動(dòng)力下響應(yīng)的目的。
[0011]優(yōu)選還包括閉合的氣動(dòng)彈性試驗(yàn)系統(tǒng)搭建步驟，該步驟包括:步驟一，首先將所述加載導(dǎo)線配置于所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕?，將所述位?速度/轉(zhuǎn)角傳感器與所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嚓P(guān)聯(lián)，然后將所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ头胖糜谟蓛蓧K相互吸引的磁鐵構(gòu)造成的磁感應(yīng)強(qiáng)度保持均勻的磁場中，使得所述均勻磁場的范圍能夠覆蓋所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪\(yùn)動(dòng)范圍，并且使得所述均勻磁場的磁感線方向與所述加載導(dǎo)線中的電流方向相互垂直；步驟二，通過數(shù)據(jù)線將所述加載導(dǎo)線、開關(guān)、程控電源連成閉合電路，與所述均勻磁場配合構(gòu)成氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)；步驟三，通過數(shù)據(jù)線將位移丨速度丨轉(zhuǎn)角傳感器、開關(guān)和數(shù)據(jù)采集器連接成閉合電路，構(gòu)成數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)；和步驟四:通過計(jì)算機(jī)將所述氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)與所述數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)電連接起來。
[0012]優(yōu)選利用對磁場不敏感的測量設(shè)備測試模型變形，然后通過位移/速度/轉(zhuǎn)角傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
[0013]優(yōu)選所述數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)與所述計(jì)算機(jī)之間以及所述計(jì)算機(jī)與所述氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)均采用同步傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率不低于100次/秒。
[0014]優(yōu)選所述加載導(dǎo)線采用粘貼或捆綁得方式固定在所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕?，并且使用絕緣漆或絕緣橡膠套保持導(dǎo)線與試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭g絕緣。
[0015]優(yōu)選所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥冃蔚臏y量設(shè)備采用激光測振儀或光纖。
[0016]優(yōu)選所述均勻磁場的中心磁感應(yīng)強(qiáng)度不低于0.2丁。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
[0018](1)加載跟隨性強(qiáng)，無論如何彎曲或者扭轉(zhuǎn)，由于加載導(dǎo)線的電流反向與模型平面發(fā)現(xiàn)反向垂直，都能保證施加的安培力與結(jié)構(gòu)表面相互垂直。
[0019](2)通過信號(hào)采集/反饋系統(tǒng)構(gòu)成回路，能夠有效地模擬結(jié)構(gòu)變形對載荷分布的影響，即氣動(dòng)彈性影響。
[0020](3)可以通過不同導(dǎo)線加載不同電流模擬給機(jī)翼施加扭矩，甚至模擬機(jī)翼的彎扭耦合——顫振等氣動(dòng)彈性現(xiàn)象。
[0021](4)由于加載設(shè)備與加載模型之間不接觸，可以減少傳統(tǒng)地面試驗(yàn)所產(chǎn)生的誤差。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為現(xiàn)有地面試驗(yàn)裝置示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明干風(fēng)洞氣動(dòng)彈性試驗(yàn)方法原理圖
[0024]圖3為氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)原理圖
[0025]圖中主要標(biāo)號(hào)說明:
[0026]1位移/速度/轉(zhuǎn)角傳感器、2數(shù)據(jù)線、3開關(guān)、4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、5試驗(yàn)?zāi)Ｐ汀?計(jì)算機(jī)、7程控電源、8加載導(dǎo)線，9均勻磁場、10數(shù)據(jù)采集、反饋系統(tǒng)、11氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)、12激振器

【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖2、圖3所示，本發(fā)明包括位移/速度/轉(zhuǎn)角傳感器1、數(shù)據(jù)線2、開關(guān)3、數(shù)據(jù)采集器4、試驗(yàn)?zāi)Ｐ?、計(jì)算機(jī)6、程控電源7、加載導(dǎo)線8，均勻磁場9、數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)10和氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)11。
[0028]首先將加載導(dǎo)線8捆綁或粘貼固定在試驗(yàn)?zāi)Ｐ?上，再將位移/速度/轉(zhuǎn)角傳感器1通過光測振儀或光纖等對磁場不敏感的測量設(shè)備與試驗(yàn)?zāi)Ｐ完P(guān)聯(lián)起來，用于對測試模型5變形數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。測量設(shè)備測量范圍應(yīng)該能夠滿足模型變形范圍的要求，數(shù)據(jù)采樣頻率越高越好，不得低于100取。
[0029]然后將試驗(yàn)?zāi)Ｐ?放置于由兩塊相互吸引的磁鐵構(gòu)造成的磁感應(yīng)強(qiáng)度保持均勻的均勻磁場9中，均勻磁場9的范圍能夠覆蓋試驗(yàn)?zāi)Ｐ?的運(yùn)動(dòng)范圍，要保證均勻磁場9的磁感線方向與導(dǎo)線中的電流方向相互垂直。并且磁場中心磁感應(yīng)強(qiáng)度不應(yīng)低于0.2丁。
[0030]然后通過數(shù)據(jù)線2將加載導(dǎo)線6、開關(guān)3、程控電源7連成閉合電路，與均勻磁場9配合構(gòu)成氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)11。
[0031]再通過數(shù)據(jù)線2將位移/速度/轉(zhuǎn)角傳感器1、開關(guān)3和數(shù)據(jù)采集器4連接成閉合電路，構(gòu)成數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)10。
[0032]通過計(jì)算機(jī)6將氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)11與數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)10電連接起來。從而構(gòu)成閉合的氣動(dòng)彈性試驗(yàn)系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)通過相互之間的數(shù)據(jù)傳輸，從而達(dá)到通過地面試驗(yàn)?zāi)M飛行器在非定常氣動(dòng)力下響應(yīng)的目的。
[0033]數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)10與計(jì)算機(jī)6之間以及計(jì)算機(jī)6與氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)11之間的數(shù)據(jù)均采用同步傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率不低于100次/秒。
[0034]具體的控制方式為:
[0035]數(shù)據(jù)采集、反饋系統(tǒng)10從試驗(yàn)?zāi)Ｐ?上采集獲得模型的彎曲、扭轉(zhuǎn)等相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)線2將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集器4 ；再通過數(shù)據(jù)線2，將數(shù)據(jù)采集、反饋系統(tǒng)10獲得的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?變形數(shù)據(jù)傳遞給計(jì)算機(jī)6。計(jì)算機(jī)通過非定常氣動(dòng)力公式，計(jì)算出試驗(yàn)?zāi)Ｐ?此刻應(yīng)該產(chǎn)生的氣動(dòng)力大小，并將需要的氣動(dòng)力輸出按照安培力公式轉(zhuǎn)化為不同的電流信號(hào)。
[0036]氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)11中的程控電源7從計(jì)算機(jī)6中獲得需要輸出的電流信號(hào)，給加載導(dǎo)線8輸出變化的電流。按照安培力原理，安培力大小與輸出的電流強(qiáng)度成正比，由于加載導(dǎo)線8位于均勻磁場9中，這樣加載導(dǎo)線8將提供變化的安培力。而加載導(dǎo)線8通過粘接或者捆綁等方式與試驗(yàn)?zāi)Ｐ?相互固定，加載導(dǎo)線8的運(yùn)動(dòng)必將帶動(dòng)模型5發(fā)生變形，通過對不同部位的加載導(dǎo)線8施加不同的電流產(chǎn)生不同的模擬氣動(dòng)力，從而產(chǎn)生模型的彎矩和扭矩。
[0037]試驗(yàn)?zāi)Ｐ?的形狀的變化又會(huì)帶來位移/速度/轉(zhuǎn)角傳感器1獲取數(shù)值的變化，從而構(gòu)成閉合的氣動(dòng)彈性試驗(yàn)系統(tǒng)。
[0038]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種干風(fēng)洞氣動(dòng)彈性試驗(yàn)方法，其特征在于:是利用閉合的氣動(dòng)彈性試驗(yàn)系統(tǒng)對試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行測試的方法，首先通過計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)和氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)構(gòu)成所述閉合的氣動(dòng)彈性試驗(yàn)系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)的位移/速度/轉(zhuǎn)角傳感器用于采集所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖冃螖?shù)據(jù)，所述氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)的加載導(dǎo)線配置在所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕?，利用所述閉合的氣動(dòng)彈性試驗(yàn)系統(tǒng)對所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行測試的步驟包括: 步驟一，所述數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)通過所述位移/速度/轉(zhuǎn)角傳感器從所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕喜杉@得所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膹澢?、扭轉(zhuǎn)等相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)線將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)采集器；再通過數(shù)據(jù)線，將所述數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)獲得的所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥冃螖?shù)據(jù)傳遞給所述計(jì)算機(jī)； 步驟二，所述計(jì)算機(jī)通過非定常氣動(dòng)力公式，計(jì)算出試驗(yàn)?zāi)Ｐ痛丝虘?yīng)該產(chǎn)生的氣動(dòng)力大小，并將所需要的氣動(dòng)力按照安培力公式轉(zhuǎn)化為不同的電流信號(hào)輸出至所述氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)中的程控電源； 步驟三，所述程控電源從所述計(jì)算機(jī)中獲得需要輸出的電流信號(hào)，向所述加載導(dǎo)線輸出該值電流，由此位于所述均勻磁場中的所述加載導(dǎo)線為所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ吞峁┫鄳?yīng)的安培力，從而帶動(dòng)所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ桶l(fā)生變形； 步驟四，所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖兓瘮?shù)值再次通過所述位移/速度/轉(zhuǎn)角傳感器傳輸給所述數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)，重復(fù)上述步驟，從而實(shí)現(xiàn)對模擬飛行器在非定常氣動(dòng)力下響應(yīng)的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干風(fēng)洞氣動(dòng)彈性試驗(yàn)方法，其特征在于:還包括所述閉合的氣動(dòng)彈性試驗(yàn)系統(tǒng)搭建步驟，該步驟包括: 步驟一，首先將所述加載導(dǎo)線配置于所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕?，將所述位?速度/轉(zhuǎn)角傳感器與所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ拖嚓P(guān)聯(lián)，然后將所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ头胖糜谟蓛蓧K相互吸引的磁鐵構(gòu)造成的磁感應(yīng)強(qiáng)度保持均勻的磁場中，使得所述均勻磁場的范圍能夠覆蓋所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷倪\(yùn)動(dòng)范圍，并且使得所述均勻磁場的磁感線方向與所述加載導(dǎo)線中的電流方向相互垂直； 步驟二，通過數(shù)據(jù)線將所述加載導(dǎo)線、開關(guān)、程控電源連成閉合電路，與所述均勻磁場配合構(gòu)成氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)； 步驟三，通過數(shù)據(jù)線將位移/速度/轉(zhuǎn)角傳感器、開關(guān)和數(shù)據(jù)采集器連接成閉合電路，構(gòu)成數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)； 步驟四:通過計(jì)算機(jī)將所述氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)與所述數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)電連接起來。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干風(fēng)洞氣動(dòng)彈性試驗(yàn)方法，其特征在于:利用對磁場不敏感的測量設(shè)備測試模型變形，然后通過位移/速度/轉(zhuǎn)角傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干風(fēng)洞氣動(dòng)彈性試驗(yàn)方法，其特征在于:所述數(shù)據(jù)采集和反饋系統(tǒng)與所述計(jì)算機(jī)之間以及所述計(jì)算機(jī)與所述氣動(dòng)力發(fā)生系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)均采用同步傳輸，數(shù)據(jù)傳輸速率不低于100次/秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干風(fēng)洞氣動(dòng)彈性試驗(yàn)方法，其特征在于:所述加載導(dǎo)線采用粘貼或捆綁得方式固定在所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕?，并且使用絕緣漆或絕緣橡膠套保持導(dǎo)線與試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭g絕緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的干風(fēng)洞氣動(dòng)彈性試驗(yàn)方法，其特征在于:所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥冃蔚臏y量設(shè)備采用激光測振儀或光纖。
7.根據(jù)權(quán)利要求1?6中任一項(xiàng)所述的干風(fēng)洞氣動(dòng)彈性試驗(yàn)方法，其特征在于:所述均勾磁場的中心磁感應(yīng)強(qiáng)度不低于0.2T。
【文檔編號(hào)】G01M9/00GK104458188SQ201410770709
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月11日
【發(fā)明者】劉子強(qiáng), 侯英昱, 付志超, 呂計(jì)男, 朱劍, 陳占軍 申請人:中國航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院