[发明专利]一种实现风洞试验中数字信号精确同步的方法

说明书

本发明公开了一种实现风洞试验中数字信号精确同步的方法，用一次对型号有效的阶梯测力或者阶梯测压试验替换此前必须增加的只能测量延迟时差的无效车次，节约了试验成本；该方法克服了以前用测量电压值进行互相关函数计算时易受信号噪声、信号量值大小干扰的影响，提高了同步修正的可靠性和准确性；在同步修正验算中清晰明了地展示出同步修正后的连续数据与阶梯数据的比较曲线，使同步修正的效果清晰可见，增强了同步修正效果的可视性。

技术领域

本发明属于空气动力学风洞试验技术领域，具体涉及风洞试验采集的不同种类的力、压力等传感器数字信号的精确同步方法。

背景技术

风洞常规测力、测压试验的目的是获得试验模型在风洞流场中所承载的力、力矩、压力等，随模型姿态角变化的规律。通常情况下，风洞试验模型姿态角采用角度传感器或视频测量方式进行测量；试验模型所承载的力、力矩采用天平进行测量；试验模型表面压力则采用大量的压力传感器或者电子扫描阀压力测量系统进行测量，也即是，各种物理量的测量分别采用了不同测量原理的多种传感器。受多种被测物理量传导时间差异较大(角度、力和力矩的信号传递为钢体传递，相对较快；而被测压力的传导则是通过细长的压力管路传递，相对较慢)，以及设计原理各异的多种测量传感器响应时间不同等因素的影响，使得各测量系统同一时刻采集得到的风洞试验姿态角、力、力矩、压力等数字信号，并不是严格意义上风洞试验模型同步产生的数字信号。

由于这种现象的存在，暂冲式风洞传统的测力、测压试验，只能采取阶梯运行的试验方式。即风洞试验时，模型运动到设置的姿态角度后，静止不动，稳定1秒～10秒时间，待所有被测数字信号稳定后，再进行数据的采集测量，以保证采集到的模型姿态角、力、力矩和压力等数字信号是完全同步的。这种阶梯运行的试验方式，虽然可以很好地解决数字信号同步问题，但是，它每采集一个阶梯点的数据，都需要耗费较多的吹风时间，试验成本较高。因此，国内暂冲式风洞通常一次启动运行，只能采集10余个阶梯点数据，也即是，一条风洞试验曲线只能用10余个阶梯点数据来加以描述。这样稀疏的试验数据对飞行器特性的描述不够详尽，特别是无法准确描述飞行器性能特征的非线性变化规律。

随着先进飞行器研制需求和风洞试验技术的发展，连续变姿态角测力和连续变姿态角测压试验技术日趋成熟。连续变姿态角测力和连续变姿态角测压试验技术，即是，风洞试验时，试验模型的姿态角在待测的角度范围内连续变化，各测量系统同时高速采集所有的模型姿态角、力、力矩及压力等数字信号，再通过数字信号的精确同步技术，使采集到的力、力矩及压力等数字信号与模型姿态角数字信号精确同步后，再离散计算出试验曲线数据。连续变姿态角测力和连续变姿态角测压试验技术与阶梯测力、阶梯测压试验技术比较，最大的优点是在不增加开车能耗的前提下，获取姿态角被测角度范围内较为详尽的试验数据，可以很好地反映出先进飞行器性能特征的非线性变化规律。连续变姿态角测力和连续变姿态角测压试验技术必须要用到风洞试验中数字信号的精确同步技术。以往，风洞试验数字信号的精确同步是通过在特定试验条件下(即试验模型，传感器、天平等测量设备的类型、安装方式，压力管路连接等确定的状态下)，增加一次专门测试各种数字信号延迟时差的调试车次。开车时，同时采集所有的试验数字信号，再利用互相关函数求取这些信号的延迟时差特性，进而求出该特定试验条件下天平、压力等数字信号与姿态角数字信号的精确时差，并在随后的相同试验条件下的连续变姿态角测力和测压试验中，对天平、压力等数字信号进行精确同步修正，保证风洞试验所获得的全部数字信号的同步性。

这种方法存在下述一些缺点：一是必须针对目标试验状态，增加一次专门测量延迟时差的调试车次，该车次数据无法作为有效的试验数据；二是利用互相关函数求延迟时差时，容易受信号噪声、量值大小的干扰，引起较大的偏差，且验证验算比较繁琐；三是同步计算和修正处理无法方便地可视化展示，不能直观的查看试验数据同步修正的效果。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中必须增加对于型号试验无用的专门测量延迟时差的无效试验车次，且延迟时差的计算易受信号噪声、量值大小的影响，操作繁琐，对延迟时差的计算和修正效果无法可视化展示，同步修正补偿效果不直观等问题。