[发明专利]一种燃气舵热试车试验方法及系统

权利要求书

1.一种燃气舵热试车试验方法，其特征在于，包括：将四个舵面呈X字形布局在发动机尾喷管，并执行以下步骤：

偏转步骤：根据偏转指令偏转舵面，处于同一对角线上的两个舵面的偏转指令相同；

采集步骤：实时采集各舵面的气动力/力矩数据；

运算步骤：对采用相同偏转指令的舵面进行算数平均运算；

所述偏转步骤中，处于同一对角线上的两个舵面的偏转指令相同，处于不同对角线上的舵面的偏转指令不同，所述运算步骤中，对处于同一对角线上的两个舵面的气动力/力矩数据相加后除以2；或者，

所述偏转步骤中，四个舵面的偏转指令相同，所述运算步骤中，对四个舵面的气动力/力矩数据相加后除以4；

其中，将四个舵面呈X字形布局在发动机尾喷管包括：

X字形的两条对角线与地面呈45°夹角，将左上角的舵面和测力装置记为1#，将右上角的舵面和测力装置记为2#，将右下角的舵面和测力装置记为3#，将左下角的舵面和测力装置记为4#；

X字形布局安装结合如下数据处理办法：

理想状态时，发动机火焰C_F和舵面中心点连线交点C_H重合，燃气舵搭载主要测量舵面气动效率，与舵面法向力F_H直接相关，F_H与浸润在火焰中的迎风面积S_F成线性关系，即1#和3#舵的舵面法向力F_H-1#，3#表示为：

F_H-1＃，3#∝S_F＝k·S_F-1＃，3# 1

其中，k是常数，S_F-1#，3#是1#和3#舵面浸润在发动机火焰中的面积，偏心状态时，C_F和C_H不重合，偏心后的火焰中心C_F′，不重合度用两者之间偏心长度L_b表示，若1#和3#舵面执行同一套偏转指令，则1#、3#舵面的舵面法向力F_H-1#、F_H-3#有：

F_H-1#＝k·S_F-1#＝k·(S_F-L_b*W_H) 2

F_H-3#＝k·S_F-3#＝k·(S_F+L_b*W_H) 3

式中W_H为舵面弦长，公式2+公式3得到：

F_H-1#+F_H-3#＝2·k·S_F＝2·F_H-1＃，3#

即

F_H-1#，3#＝1/2·(F_H-1#+F_H-3#) 4

公式4说明，当火焰偏心状态下，通过将1#和3#舵面气动力进行算数平均，得到对应状态下的消除偏心引起的舵面气动力误差，同样，2#和4#舵面也有公式：

F_H-2#，4#＝1/2·(F_H-2#+F_H-4#) 5

另外，测量系统的自重和燃气舵本身自重将对测量系统产生误差，分析1#-4#测力单元，舵面和天平自重一样都为m_g，θ为F_H和m_g的夹角，由于1#-3#和2#-4#舵面对应的天平的法向力极性在空间相反，所以有

F_H-1#＝k·S_F-1#-m_g·cosθ 6

F_H-3#＝k·S_F-3#+m_g·cosθ 7

同理，对于2#-4#舵面也有

F_H-2#＝k·S_F-2#+m_g·sinθ 8

F_H-4#＝k·S_F-4#-m_g·sinθ 9

若1#-3#和2#-4#两两执行同一套偏转指令，分别将公式6+公式7和公式8+公式9，则有

F_H-1#，3#＝1/2·(k·S_F-1#+k·S_F-3#) 10

F_H-2#，4#＝1/2·(k·S_F-2#+k·S_F-4#) 11

即对角线上舵面气动力/力矩测量数据的算数平均计算结果可消除天平和舵面自重的影响，上述数据处理方法对于燃气舵面法向力引起的力矩M_H同样适用。

2.一种燃气舵热试车试验系统，其特征在于，包括：将四个舵面呈X字形布局在发动机尾喷管，并执行以下模块：

偏转模块：根据偏转指令偏转舵面，处于同一对角线上的两个舵面的偏转指令相同；

采集模块：实时采集各舵面的气动力/力矩数据；

运算模块：对采用相同偏转指令的舵面进行算数平均运算；

所述偏转模块对处于同一对角线上的两个舵面的偏转指令相同，处于不同对角线上的舵面的偏转指令不同，所述运算模块对处于同一对角线上的两个舵面的气动力/力矩数据相加后除以2；或者，所述偏转模块对四个舵面的偏转指令相同，所述运算模块对四个舵面的气动力/力矩数据相加后除以4；

其中，将四个舵面呈X字形布局在发动机尾喷管包括：

X字形的两条对角线与地面呈45°夹角，将左上角的舵面和测力装置记为1#，将右上角的舵面和测力装置记为2#，将右下角的舵面和测力装置记为3#，将左下角的舵面和测力装置记为4#；

X字形布局安装结合如下数据处理办法：

理想状态时，发动机火焰C_F和舵面中心点连线交点C_H重合，燃气舵搭载主要测量舵面气动效率，与舵面法向力F_H直接相关，F_H与浸润在火焰中的迎风面积S_F成线性关系，即1#和3#舵的舵面法向力F_H-1#，3#表示为：

F_H-1#，3#∝S_F＝k·S_F-1＃，3# 1

其中，k是常数，S_F-1#，3#是1#和3#舵面浸润在发动机火焰中的面积，偏心状态时，C_F和C_H不重合，偏心后的火焰中心C_F′，不重合度用两者之间偏心长度L_b表示，若1#和3#舵面执行同一套偏转指令，则1#、3#舵面的舵面法向力F_H-1#、F_H-3#有：

F_H-1#＝k·S_F-1#＝k·(S_F-L_b*W_H) 2

F_H-3#＝k·S_F-3#＝k·(S_F+L_b*W_H) 3

式中W_H为舵面弦长，公式2+公式3得到：

F_H-1#+F_H-3#＝2·k·S_F＝2·F_H-1＃，3#

即

F_H-1#，3#＝1/2·(F_H-1#+F_H-3#) 4

公式4说明，当火焰偏心状态下，通过将1#和3#舵面气动力进行算数平均，得到对应状态下的消除偏心引起的舵面气动力误差，同样，2#和4#舵面也有公式：

F_H-2#，4#＝1/2·(F_H-2#+F_H-4#) 5

另外，测量系统的自重和燃气舵本身自重将对测量系统产生误差，分析1#-4#测力单元，舵面和天平自重一样都为m_g，θ为F_H和m_g的夹角，由于1#-3#和2#-4#舵面对应的天平的法向力极性在空间相反，所以有

F_H-1#＝k·S_F-1#-m_g·cosθ 6

F_H-3#＝k·S_F-3#+m_g·cosθ 7

同理，对于2#-4#舵面也有

F_H-2#＝k·S_F-2#+m_g·sinθ 8

F_H-4#＝k·S_F-4#-m_g·sinθ 9

若1#-3#和2#-4#两两执行同一套偏转指令，分别将公式6+公式7和公式8+公式9，则有

F_H-1#，3#＝1/2·(k·S_F-1#+k·S_F-3#) 10

F_H-2#，4#＝1/2·(k·S_F-2#+k·S_F-4#) 11

即对角线上舵面气动力/力矩测量数据的算数平均计算结果可消除天平和舵面自重的影响，上述数据处理方法对于燃气舵面法向力引起的力矩M_H同样适用。