[发明专利]全翼展飞翼体自由度颤振风洞试验模型的悬挂方法及悬挂装置

说明书

本发明提出一种全翼展飞翼体自由度颤振风洞试验模型的悬挂方法及悬挂装置，采用两组垂向线弹簧，无需单独设计俯仰支撑弹簧，可同时提供沉浮和俯仰支撑，具有易于实施的优点；所提出的悬挂参数设计方法可从根本上避免悬挂引起的低速颤振问题，并能够减小悬挂刚度引起的实验误差。该飞翼颤振试验悬挂装置灵活性高，易于调整，在一定条件下，可以通过调节两根沉浮弹簧的刚度及悬挂位置来适应不同的风洞试验模型，并且保证不会在低速下发生预计之外的体自由度颤振，并使试验结果接近于真实自由状态。

技术领域

本发明设计属于飞翼体自由度颤振风洞试验领域，涉及到悬挂方式对固有模态和颤振耦合形式的影响，可在飞翼体自由度颤振风洞试验中保证试验结果的有效性，并降低悬挂因素对体自由度颤振特性测试结果的影响。

背景技术

飞翼的体自由度颤振是飞翼自由刚体俯仰和对称机翼一弯模态耦合导致的一类特殊的气动弹性动态不稳定现象。在进行飞翼体自由度颤振模型的地面振动试验和风洞试验时，悬挂支持会引入俯仰/沉浮支撑刚度，并显著提高刚体模态频率，从而导致试验结果偏离自由状态下的模态特性和颤振特性。若悬挂设计不合理，还可能出现因弹性悬挂方式引起的临界速度很低的其他形式的颤振现象，造成试验失效。

现有飞翼体自由度颤振风洞试验主要基于半翼展模型，半翼展模型在设计时需要采用平衡配重，导致模型的惯性特性难以模拟实际全翼展的真实特性，带来实验误差；再者其机构设计复杂，需要改装风洞试验段以完成安装，特别是沉浮自由度需要采用滑轨约束，在阻力作用下带来了摩擦力的干扰，会极大影响颤振特性测试结果。所以，需要展开全翼展模型的飞翼体自由度颤振风洞试验研究。

模型悬挂一般采用带有平衡配重的俯仰/沉浮弹性支持设计方法，该支持方式可实现俯仰/沉浮悬挂支持刚度的解耦，但不能直接用于全翼展飞翼模型的悬挂。此外，也有文献是基于自由飞模型，通过主动控制系统驱动舵面来实现飞翼的平衡，从而可以消除弹性悬挂支撑刚度对固有模态的影响。但在采用了主动控制系统后，可能会引起气动伺服弹性问题，进而影响飞翼的颤振特性测试结果，因此有必要发展适用于全翼展飞翼颤振风洞模型试验的新型悬挂设计方法。

发明内容

本发明的目的是针对具有纵向静稳定性的飞翼，提出一种简易可行的全翼展飞翼体自由度颤振风洞试验模型的悬挂设计方法，尽可能降低悬挂支撑对飞翼模型体自由度颤振风洞试验结果的影响。

本发明的技术方案为：

所述一种全翼展飞翼体自由度颤振风洞试验模型的悬挂方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：根据全翼展飞翼模型的质量m以及俯仰转动惯量I，依据公式

得到参数d的下限值；

步骤2：根据步骤1得到的参数d的范围选择参数d，再选择满足以下公式的参数k：

ω₁＜f/3，ω₂＜f/3

其中f为机翼对称一弯频率，ω₁和ω₂为两个固有频率，λ₁和λ₂为两个特征值；

步骤3：依据步骤2中选择的参数d和参数k，将全翼展飞翼模型通过两个具有相同刚度k的垂向线弹簧与风洞上壁相连接，其中垂向线弹簧与全翼展飞翼模型的悬挂点位于全翼展飞翼模型的纵向对称面上，两个悬挂点分别处于全翼展飞翼模型重心的前后位置；在全翼展飞翼模型纵向对称面翼型弦线上，两个悬挂点的投影分别与全翼展飞翼模型重心的投影的距离相同，均为d。

所述一种全翼展飞翼体自由度颤振风洞试验模型的悬挂装置，其特征在于：包括两个线弹簧和两个连接结构；