一种高速风洞用飞行器减缩频率连续变化动导数试验方法与流程

本发明涉及风洞中的空气动力学试验领域。更具体地说，本发明涉及一种飞行器复杂流动飞行工况下，采用宽频域连续扫描进行大样本量的动导数测量时，所采用的高速风洞用飞行器减缩频率连续变化动导数试验方法。

背景技术：

1、先进飞行器在复杂流动环境下，动导数呈现强非线性特征，而动导数与飞行器的运动频率密切相关，其减缩频率相似律是飞行器动导数风洞试验的关键准则。

2、传统风洞动导数试验采用单频点离散激励方式，需反复更换参数进行多点测试，其存在的主要缺点如下：

3、（1）每个频率点需独立试验，高频分辨率导致试验次数激增，试验效率低下；

4、（2）因风洞运行费用昂贵，重复试验的运行成本高昂，同时会造成资源浪费；

5、（3）现有技术采用的是离散频率点，数据连续性缺失，故难以捕捉非线性突变区的频率敏感性；

6、（4）现有技术的相似参数覆盖不足，无法实现频率参数的连续相似性研究。

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，提供了一种高速风洞用飞行器减缩频率连续变化动导数试验方法，包括：

3、s1、在风洞试验段中，通过支杆完成试验模型与外部驱动机构的刚性连接；

4、s2、通过动导数试验装置中的宽频域线性驱动单元来驱动试验模型按照预定频率做简谐振动；

5、s3、通过动导数试验装置中的同步采集模块实时测量气动力/力矩、模型姿态角；

6、s4、动态数据处理单元从采集的参数信息中解耦时域信号，并离线处理成随频率连续变化动导数；

7、其中，所述变频控制器按预设线性函数

f驱动伺服电机，以连续改变输出频率，其中，预设线性函数

f通过下式进行表征：

8、

9、上式中，为初始频率，为终止频率，

k为扫描速率，

t为时间，为扫频时间，且。

10、优选的是，所述动导数试验装置包括：

11、设置在风洞试验段内，用于驱动试验模型按照预定频率做简谐振动的宽频域线性驱动单元；

12、用于实时测量气动力/力矩、模型姿态角的同步采集模块；

13、用于从采集的参数信息中解耦时域信号，并离线处理成随频率连续变化动导数的动态数据处理单元；

14、其中，所述宽频域线性驱动单元包括：变频控制器、与变频控制器通信连接的伺服电机、与伺服电机输出轴传动连接运动转换机构；

15、所述同步采集模块包括：安装在试验模型上，以测量气动力/力矩、模型姿态角的动态应变天平、姿态传感器，且同步采集模块采样率不低于最高目标频率的200倍。

16、优选的是，所述动态数据处理单元的工作方式为：

17、s40、采用滑动窗口短时傅里叶变换对窗口内姿态角与气动力矩进行傅里叶变换，以提取当前中心频率对姿态角的复振幅和对气动力矩的复振幅；

18、s41、基于俯仰运动方程，通过下式解算动导数：

19、

20、上式中，为运动圆频率，且，

j为虚数单位，

s为参考面积；

21、s42、按0.1hz间隔输出随频率变化的连续谱。

22、优选的是，所述伺服电机采用交流伺服系统，且额定功率≥4kw，转速范围覆盖0–1500rpm，频率扫描线性误差≤±0.5%；

23、所述运动转换机构为偏心凸轮机构，且轮廓曲线满足升程方程。

24、优选的是，所述同步采集模块以振动周期内36个等分相位点作为采样基准，且相位间隔为每10°触发一次数据采集。

25、优选的是，滑动窗口的窗口宽度为0.2s，以覆盖4~8个振动周期，步长设置为0.01s。

26、本发明至少包括以下有益效果：

27、本发明通过连续扫频控制策略创新设计、时频分析算法优化及全系统协同控制，攻克了宽频域连续激励下的系统稳定性与动态参数解耦两大技术瓶颈。

28、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。

1.一种高速风洞用飞行器减缩频率连续变化动导数试验方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的高速风洞用飞行器减缩频率连续变化动导数试验方法，其特征在于，所述动导数试验装置包括：

3.如权利要求2所述的高速风洞用飞行器减缩频率连续变化动导数试验方法，其特征在于，所述动态数据处理单元的工作方式为：

4.如权利要求2所述的高速风洞用飞行器减缩频率连续变化动导数试验方法，其特征在于，所述伺服电机采用交流伺服系统，且额定功率≥4kw，转速范围覆盖0–1500rpm，频率扫描线性误差≤±0.5%；

5.如权利要求3所述的高速风洞用飞行器减缩频率连续变化动导数试验方法，其特征在于，所述同步采集模块以振动周期内36个等分相位点作为采样基准，且相位间隔为每10°触发一次数据采集。

6.如权利要求1所述的高速风洞用飞行器减缩频率连续变化动导数试验方法，其特征在于，滑动窗口的窗口宽度为0.2s，以覆盖4~8个振动周期，步长设置为0.01s。