[发明专利]考虑摩擦力的自由振动动导数试验的数据分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种考虑摩擦力的自由振动动导数试验的数据分析方法。特别是对于系统摩擦力影响显著时的试验数据分析。

背景技术

飞行器的自由振动动稳定性导数(简称动导数)风洞试验以其技术成熟度高、成本较低、易于控制、试验准备周期短等优点，成为目前获得飞行器动导数的主要试验手段。

自由振动动导数试验装置由动态天平、激振装置、应变传感器、支撑装置以及数据采集系统组成。试验中，飞行器模型与动态天平一端固定连接，天平的另一端安装在风洞的支撑装置上。风洞启动后，由激振装置将飞行器模型激发幅值点附近，而后迅速释放模型，模型将围绕天平中心作振幅衰减的自由振动，通过安装在天平弹性铰链上的应变传感器测量模型的振动角，并由测量的振动角数据计算飞行器的动导数。

目前常规的数据处理方法是幅值包络线分析方法。该方法首先求解飞行器模型的经典振动动力学方程(如式(1)所示)，获得飞行器振动曲线的理论解。而后根据幅值点包络线的理论解为指数函数关系(如图1所示)，间接计算系统的总阻尼系数，并利用在静止空气中和在风洞吹风时总阻尼系数的差值获得动导数。

以俯仰试验为例，常规的自由振动动导数试验中的飞行器俯仰振动动力学方程为：

Iyθ··+(C-Mθ·)θ·+(k-Mθ)θ=0---(1)]]>

式中：I_y为模型绕旋转轴的转动惯量；θ为俯仰角位移，表示角速度，表示角加速度；为系统的机械阻尼力矩；为气动阻尼力矩；M_θθ为气动恢复力矩；kθ为天平弹性铰链的恢复力矩；k为天平弹性铰链刚度。

在该方法中，未考虑系统的摩擦力作用；此外，该方法仅利用了幅值点处的测量数据，忽视了幅值点之间的大量数据，造成了试验数据浪费；同时，由于仅利用幅值点的数据估计动导数，因此动导数的试验精度受幅值点的测量误差影响严重；最后，当系统的摩擦力影响显著时，幅值点包络线将不再是指数曲线(如图2所示)，此时采用该方法估计动导数会产生明显偏差。

自1990年后，部分自由振动动导数试验中也考虑摩擦力矩的影响，但只是将摩擦力矩视为定值，通过对比无风试验的摩擦力矩直接扣除。而实际试验中，摩擦力会受到气动力的影响，气动力通过飞行器模型间接作用于系统支撑结构的摩擦面上，将导致摩擦力随试验状态的变化而变化。忽略摩擦力矩的变化，也将使动导数的估计结果产生偏差。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明给出一种考虑摩擦力的自由振动动导数试验的数据分析方法，目标是提高飞行器动稳定性气动导数的试验精度。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种考虑摩擦力的自由振动动导数试验的数据分析方法，包含动力学分析、气动参数估计方法和气动参数筛选准则，包括：

步骤一、通过自由振动动稳定性导数风洞试验，测量飞行器姿态角，其中姿态角为飞行器的俯仰角或偏航角；

步骤二、以系统摩擦力矩和气动力矩为标准，当摩擦力矩与气动力矩同量级或大于气动力矩时，采用模型(1)～(4)得到俯仰稳定性气动导数或偏航稳定性导数；