一种模型迎角连续调节与强迫振荡耦合的动导数辨识方法与流程

本发明涉及空气动力学中的动导数风洞试验领域。更具体地说，本发明涉及一种模型迎角连续调节与强迫振荡耦合的动导数辨识方法。

背景技术：

1、飞行器的动导数是描述其绕质心振荡运动（如俯仰、偏航、滚转）时所受到的气动力矩或气动力相对于姿态角速率或迎角/侧滑角变化率的导数。动导数对于评估飞行器的飞行品质、动稳定性、飞行控制系统设计具有至关重要的作用。

2、传统的风洞动导数试验方法，特别是小振幅强迫振荡法，通常是在固定飞行器模型迎角的静态条件下进行的。以俯仰动导数试验为例，模型被驱动绕其质心做单自由度的简谐俯仰振荡，其平均迎角为一固定值。通过测量振荡过程中的气动力矩，并结合模型的角振荡参数，利用傅里叶变换或数据相关技术，从力矩响应中提取与振荡角速度和角加速度同相和异相的分量，进而计算出俯仰动导数。

3、然而，传统的固定姿态角试验方法存在以下明显局限性：

4、1）效率低下： 现有技术中动导数试验仅在单一固定迎角下进行单自由度俯仰强迫振荡，若要研究动导数随迎角的变化规律，需要在多个离散的固定迎角点上进行长时间振荡试验，一次动导数试验时长是相同状态静态气动力试验的数倍以上。

5、2）对非线性现象捕捉能力不足：现代飞行器飞行包线往往会覆盖非线性气动特性区，仅靠基于固定迎角试验方式取得的离散点数据进行插值，可能会遗漏局部强非线性动态突变细节，难以准确反映实际动态过程中的动稳定性和操纵性。

6、因此，现有技术无法模拟真实飞行中迎角连续变化的动导数试验，亟须发展一种能够在风洞试验中模拟姿态角连续变化与小振幅强迫振荡同时发生的耦合运动状态，并有效处理由此产生的复杂耦合气动数据，从而精确辨识出动导数的实验方法和数据处理技术。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

2、为了实现本发明的这些目的和其它优点，提供了一种模型迎角连续调节与强迫振荡耦合的动导数辨识方法，包括：

3、s1、将飞行器模型被安装在运动机构上进行耦合运动，且所述运动机构能绕质心单自由度俯仰振荡以及能对迎角进行连续调节；

4、s2、在耦合运动过程中，同步采集振荡角位移信号、平均迎角、气动力/力矩信号；

5、s3、在对采集的角位移、气动力/力矩信号进行预处理后，得到对应的物理量以及包含动导数信息的谐波信号；

6、对采集的平均迎角信号进行预处理后，得到平均迎角随时间的时变序列表ⅰ；

7、s4、基于锁相放大原理从谐波信号中提取气动力/力矩分量得到正交分量，并对正交分量进行低通滤波、修正、无量纲化处理，以获取动导数随时间的时变序列表ⅱ；

8、s5、基于给定的迎角离散间隔，在目标区间内生成迎角离散点，从时变序列表ⅰ中查询得到离散点所对应的时间

t

k，并基于

t

k从时变序列表ⅱ中查询得到各时间窗口内的动导数时域数据，进而基于下式获得迎角的动导数：

9、

10、上式中，表示区间对应时间段的动导数结果序列，为最小时间窗口，为最大时间窗口，mean(﹒)为平均值函数；

11、s6、将和作为结果输出，完成动导数辨识。

12、优选的是，在s2中，所述绕质心单自由度俯仰振荡时的振荡角位移信号通过下式进行表征：

13、

14、上式中，

f为设定的频率，为设定的幅度，

t为时刻；

15、时变下的平均迎角通过下式进行表征：

16、

17、上式中，为初始迎角，α为连续改变模型时的平均迎角。

18、优选的是，在s3中，所述预处理包括：数据转换和滤波去噪；

19、其中，所述数据转换是基于标定系数矩阵将传感器获得的原始电压信号转换为物理量；

20、所述滤波去噪是指对采集到的时域信号进行滤波，以获取包含动导数信息的谐波信号。

21、优选的是，在s4中，在s4中，正交分量通过下式进行表征：

22、

23、上式中，

a(t)表示气动力/力矩信号，为归一化参数，为振荡角位移信号，标记上一点为求导。

24、优选的是，在s5中，所述迎角离散点通过下式进行表征：

25、

26、上式中，表示迎角离散间隔，为基于滤波后的有效迎角时域信号计算得到的目标区间，，

k表示离散点总数，且。

27、优选的是，在s4中，还可以基于锁相放大原理从谐波信号中提取气动力/力矩分量得到同相分量，并对同相分量进行与s4~s6流程相同的处理，以得到静导数结果序列；

28、其中，同相分量：

29、

30、上式中，

a(t)表示气动力/力矩信号，为归一化参数，为振荡角位移信号，标记上一点为求导。

31、本发明至少包括以下有益效果：

32、其一，本发明单次试验即可获取一个连续迎角范围（或变化率范围）内的动导数数据，极大地减少了试验点数量和总试验时间；

33、其二，本发明能够直接反映和量化迎角连续变化对动导数的影响，能够准确捕捉动导数非线性突变点；

34、其三，本发明突破了传统单自由度振荡的限制，引入并成功处理了迎角变化与振荡运动的强耦合问题，为动导数试验技术开辟了新的方向。

35、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

1.一种模型迎角连续调节与强迫振荡耦合的动导数辨识方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的模型迎角连续调节与强迫振荡耦合的动导数辨识方法，其特征在于，在s2中，所述绕质心单自由度俯仰振荡时的振荡角位移信号通过下式进行表征：

3.如权利要求1所述的模型迎角连续调节与强迫振荡耦合的动导数辨识方法，其特征在于，在s3中，所述预处理包括：数据转换和滤波去噪；

4.如权利要求1所述的模型迎角连续调节与强迫振荡耦合的动导数辨识方法，其特征在于，在s4中，正交分量通过下式进行表征：

5.如权利要求1所述的模型迎角连续调节与强迫振荡耦合的动导数辨识方法，其特征在于，在s5中，所述迎角离散点通过下式进行表征：

6.如权利要求1所述的模型迎角连续调节与强迫振荡耦合的动导数辨识方法，其特征在于，在s4中，还可以基于锁相放大原理从谐波信号中提取气动力/力矩分量得到同相分量，并对同相分量进行与s4~s6流程相同的处理，以得到静导数结果序列；