[发明专利]风洞常规测力试验中气动刚度与气动阻尼的视频测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风洞试验或飞行器地面试验方法，尤其涉及一种风洞常规测力试验中气动刚度与气动阻尼的视频测量方法。

背景技术

颤振是导致飞行器机毁人亡的破坏性振动，故在飞行包线内绝不允许出现颤振现象。

目前，公认的颤振驱动机理分为：阻尼驱动型和刚度驱动型。其中阻尼驱动是指随着飞行速度的增加飞行器系统的总阻尼将由正转负，气动负阻尼抵消了结构阻尼，从而使系统能量不能得到耗散，引起飞行器结构振动发散，如分离流颤振；刚度驱动型则是指气流带来的气动刚度效应改变了飞行器系统扭转振动和弯曲振动的频率，使弯曲频率增大，扭转频率减小，从而在颤振临界点耦合成统一的颤振频率，驱动结构振动发散。

因此，气动阻尼和气动刚度对于飞行器设计至关重要。

尽管计算流体动力学（CFD）已迅速发展，但对分离流与旋涡、激波/边界层、剪切层等复杂流动现象，CFD尚不能建立较精确的物理模型，在相当长的时间内尚难高精度模拟飞行器的气动阻尼和气动刚度。

所以，目前需要通过颤振试验或动导数试验才能得到气动阻尼和气动刚度，上述试验模型除了外形模拟外，对于颤振试验模型还必须刚度模拟和惯性模拟，而动导数试验需要综合考虑弹性铰链的刚度和试验模型的重量及质量分布，故试验模型研制困难，制作周期长，成本高。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种风洞常规测力试验中气动刚度与气动阻尼的视频测量方法，利用常规测力试验采用的迎角阶梯变化的风洞试验方式，通过迎角视频测量系统测得的迎角数据与天平测得的气动力数据，计算出该测力试验参数下，各迎角阶梯的气动阻尼和气动刚度，从而在风洞常规测力试验中，测得给定迎角阶梯气动力的同时，获得了该试验马赫数与雷诺数下的气动阻尼和气动刚度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种风洞常规测力试验中气动刚度与气动阻尼的视频测量方法，包括如下步骤：

步骤一、测量各阶梯上风洞模型的迎角：利用安装在风洞试验段侧壁面上的迎角视频测量系统，通过测量风洞模型上的特征点三维坐标，计算出各阶梯风洞模型迎角；

步骤二、计算风洞模型、测力天平与模型支撑机构构成的系统在俯仰自由度的一阶振型的频率ω₀、弹性铰链常数k_s、转动惯量I和结构阻尼c_s：

①在风洞未吹风时，对风洞模型施加初始位移或施加初始速度扰动后释放，然后测得模型迎角自由振动数据α(t)；

②对α(t)进行傅里叶变换，提取俯仰自由度的一阶振型频率ω₀及阻尼比ξ₀；

③按如下公式计算振幅对数衰减率δ：

δ=1nlnQ0Qn]]>

式中Q₀为迎角自由振动时初始振幅值，Q_n为第n个周期后的迎角振幅值；

④计算弹性铰链常数k_s：

对风洞模型施加已知的俯仰力矩M_z，同时测出模型迎角变化量Δα，则

ks=MzΔα]]>

⑤计算俯仰自由度转动惯量I，计算式为：

I=ksω02]]>