一种频域可控的主动格栅湍流模拟方法及系统

本申请涉及湍流模拟，特别是涉及一种频域可控的主动格栅湍流模拟方法及系统。

背景技术：

1、在风洞实验中，湍流流场的模拟通常用于飞行器气动响应、结构载荷、控制系统鲁棒性以及流动机理等研究和验证中，是重要的研究手段之一。主动格栅是一种常用的湍流生成设备，一般由多组可独立控制的转轴及其上固定的叶片构成，通过预设的转动、摆动或其他作动规律对来流进行调制，从而在试验段中生成具有特定速度脉动特征的湍流流场。

2、现有主动格栅湍流模拟方法在实际应用中，通常根据经验选取叶片大小、相位关系及驱动方式，以获得具有特定湍流度和积分尺度的湍流流场。然而，此类方法多数是从装置作动控制出发对流场进行间接调制，虽然能够在一定程度上改变流场的脉动强度和统计特征，但仍然缺乏对流场功率谱密度分布进行直接、明确调控的控制方法。采用经验参数设定或简单随机驱动方式时，难以在实验室中复现在特殊环境中可能会出现的具有特定频域分布特征的流场，尤其在中低频主导区域、谱峰位置及不同频段能量分配等方面容易出现偏差。由此导致目标湍流环境的复现精度不足，实验结果的准确性、重复性和可比性受到影响，严重影响了面向湍流流场的实验能力。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种频域可控的主动格栅湍流模拟方法及系统，可提高目标湍流环境模拟的精度、稳定性和重复性。

2、为实现上述目的，本申请提供了如下方案：

3、第一方面，本申请提供了一种频域可控的主动格栅湍流模拟方法，包括：

4、获取目标频域特征对应的功率谱密度分布。

5、根据所述功率谱密度分布，得到多路基础控制信号，具体包括：

6、将所述功率谱密度分布划分为若干个离散频率点，并获取每个离散频率点对应的谱值；

7、针对主动格栅的任一个转轴，基于每个离散频率点和每个离散频率点对应的谱值，得到所述转轴对应的基础控制信号：

8、；

9、其中，代表基础控制信号，代表信号的缩放比例，代表需要进行偏置的信号均值，代表第k个离散频率点的频率分量，代表功率谱密度分布在处的谱值，代表离散化频率的分辨率，代表频率分量所对应的时域分量所对应的随机相位位置，每个转轴对应的基础控制信号的不同，t代表时间，n代表离散频率点的数量；所述多路基础控制信号包括主动格栅每个转轴对应的基础控制信号。

10、对所述多路基础控制信号进行作动方向分配，得到多路控制信号。

11、对所述多路控制信号进行检测修正，得到最终控制指令。

12、基于所述最终控制指令，驱动主动格栅每个转轴进行作动，以进行主动格栅湍流模拟。

13、在一实施方式中，所述对所述多路基础控制信号进行作动方向分配，得到多路控制信号包括：

14、将所述多路控制信号按照主动格栅的转轴排列顺序依次编号，奇数编号转轴对应的基础控制信号保持原值，偶数编号转轴对应的基础控制信号整体取反，得到所述多路控制信号。

15、在一实施方式中，所述对所述多路控制信号进行检测修正，得到最终控制指令，具体包括：

16、计算所述多路控制信号的一阶导数，得到每个转轴的角速度；

17、对每个转轴的角速度进行阈值检测，若任一个转轴的角速度超出阈值范围，则将所述转轴的控制信号更改为所述阈值对应的控制信号，得到修正后的多路控制信号；

18、计算所述修正后的多路控制信号的二阶导数，得到每个转轴的角加速度；

19、对每个转轴的角加速度进行阈值检测，若任一个转轴的角加速度超出阈值范围，则对所述转轴修正后的控制信号进行平滑滤波处理，得到最终控制指令。

20、第二方面，本申请提供了一种频域可控的主动格栅湍流模拟系统，包括：

21、谱获取模块，用于获取目标频域特征对应的功率谱密度分布；

22、信号生成模块，用于根据所述功率谱密度分布，得到多路基础控制信号，具体包括：

23、将所述功率谱密度分布划分为若干个离散频率点，并获取每个离散频率点对应的谱值；

24、针对主动格栅的任一个转轴，基于每个离散频率点和每个离散频率点对应的谱值，得到所述转轴对应的基础控制信号：

25、；

26、其中，代表基础控制信号，代表信号的缩放比例，代表需要进行偏置的信号均值，代表第k个离散频率点的频率分量，代表功率谱密度分布在处的谱值，代表离散化频率的分辨率，代表频率分量所对应的时域分量所对应的随机相位位置，每个转轴对应的基础控制信号的不同，t代表时间，n代表离散频率点的数量；所述多路基础控制信号包括主动格栅每个转轴对应的基础控制信号；

27、方向分配模块，用于对所述多路基础控制信号进行作动方向分配，得到多路控制信号；

28、信号修正模块，用于对所述多路控制信号进行检测修正，得到最终控制指令；

29、驱动模块，用于基于所述最终控制指令，驱动主动格栅每个转轴进行作动以进行主动格栅湍流模拟。

30、第三方面，本申请提供了一种计算机设备，包括：存储器、处理器以存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序以实现上述的频域可控的主动格栅湍流模拟方法。

31、第四方面，本申请提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述的频域可控的主动格栅湍流模拟方法。

32、根据本申请提供的具体实施例，本申请公开了以下技术效果：

33、本申请提供了一种频域可控的主动格栅湍流模拟方法及系统，通过获取目标频域特征对应的功率谱密度分布作为调控基准，建立以湍流频域指标为导向的正向控制逻辑，克服了传统方案无明确频域调控依据、依赖经验调制的缺陷；依据该功率谱密度分布生成主动格栅各转轴对应的多路基础控制信号，为生成差异化湍流扰动提供时序基础；对多路基础控制信号分配作动方向，抵消格栅同步运动产生的定向净涡量，防止流场频域特征畸变；对多路控制信号开展检测修正，匹配转轴机械运动极限约束，保证控制指令可硬件执行且不破坏目标频域特性；依托最终控制指令驱动各转轴作动，生成贴合预设频域特征的湍流流场，实现湍流频域能量分布精准可控，提升湍流模拟精度、实验稳定性与结果重复性。

1.一种频域可控的主动格栅湍流模拟方法，其特征在于，所述频域可控的主动格栅湍流模拟方法包括：

2.根据权利要求1所述的频域可控的主动格栅湍流模拟方法，其特征在于，所述对所述多路基础控制信号进行作动方向分配，得到多路控制信号包括：

3.根据权利要求1所述的频域可控的主动格栅湍流模拟方法，其特征在于，所述对所述多路控制信号进行检测修正，得到最终控制指令，具体包括：

4.一种频域可控的主动格栅湍流模拟系统，其特征在于，所述频域可控的主动格栅湍流模拟系统包括：

5.根据权利要求4所述的频域可控的主动格栅湍流模拟系统，其特征在于，所述方向分配模块具体包括：

6.根据权利要求4所述的频域可控的主动格栅湍流模拟系统，其特征在于，所述信号修正模块具体包括：

7.一种计算机设备，包括：存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序以实现权利要求1-3中任一项所述的频域可控的主动格栅湍流模拟方法。

8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3中任一项所述的频域可控的主动格栅湍流模拟方法。