[发明专利]高速风洞级间分离与网格测力试验控制系统及应用方法

权利要求书

1.一种高速风洞级间分离与网格测力试验控制系统，包括用于模拟级间分离的前体模型、后体模型，所述前体模型安装在可实现两自由度姿态调整的第一调节单元上，所述后体模型安装在可实现三个自由度姿态调整的第二调节单元上，各调节单元通过控制单元、网络通信设备与上位机进行通信连接，其特征在于，所述控制单元与网络通信设备之间还设置有相配合的运动控制器；

所述第二调节单元的下方X向、下方Y向调节机构上，分别设置有带第一编码器的光栅尺；

所述上位机被配置为包括：

与第一调节单元、第二调节单元相配合的五自由度机构上位机；

控制系统上位机；

所述第一调节单元被配置为包括第一迎角α和上方X向调节机构、第二调节单元还包括第二迎角α调节机构；

其中，所述运动控制器通过PROFIBUS-DP总线与控制单元通信连接；

各调节机构均被配置为包括：带第二编码器的电机以及与其相配合驱动器；

所述网络通信设备被配置为采用路由器；

控制系统上位机通过网络通信设备下发后体的迎角和位置补偿命令给五自由度上位机，五自由度上位机负责发送目标位置给与其通信连接的控制单元，控制单元通过电源模块给与其连接的驱动器上电，以为电机提供动力源，电机作为执行机构对前体模型、后体模型进行五个自由度的调节，而电机自带的第二编码器作为反馈，从而形成闭环位置控制。

2.如权利要求1所述的高速风洞级间分离与网格测力试验控制系统，其特征在于，所述光栅尺的精度等级被配置为不低于5um，且第一编码器带1VPP信号。

3.一种如权利要求1-2任一项所述高速风洞级间分离与网格测力试验控制系统的应用方法，其特征在于，包括：

步骤一，控制系统上位机基于后体模型的相关分离参数，通过计算以得到后体模型的运动轨迹，并以前体模型坐标为参考坐标，按一定步长在运动轨迹上取点以获得网格点；

步骤二，五自由度上位机通过对应的调节单元对前体模型、后体模型的初始位置进行设置，以使模型处于迎角为零的状态；

步骤三，控制系统上位机发送启动信号至所述风洞，以使风洞按照预设马赫数启动；

步骤四，在风洞流场稳定后，控制系统上位机按照网格点下发后体的迎角和位置补偿命令给五自由度上位机，以通过五自由度上位机控制后体模型运行到邻近的网格点上，并将信息反馈给控制系统上位机，以进行前体模型和后体模型在该网格点上的数据采集；

步骤五，重复步骤四，对各网格点进行数据采集，直到遍历所有网格点，完成级间分离与网格测力试验；

步骤六，控制系统上位机发送关车信号至所述风洞，确定在风洞模型试验关车位置时模型处于迎角为零状态；

在步骤四中，所述位置补偿是指对后体模型质心位置的修正；

在修正前，通过测量任意三个迎角时质心的坐标拟合对应的圆，以通过该圆的旋心找到风洞的旋转中心，基于圆的轨迹方程计算质心位置的修正量；

将三个测量点的坐标分别记为(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)，则旋心的坐标(x₀,y₀)可通过以下公式计算得出：

其中，上式中R为圆的直径；

基于以下的圆轨迹方程：

(x-x₀)²+(y-y₀)²＝R²

根据以下公式可计算出坐标的修正量(Δx,Δy)：

4.如权利要求3所述高速风洞级间分离与网格测力试验控制系统的应用方法，其特征在于，在步骤二中，所述模型处于迎角为零状态的调节方式是通过第二调节单元调整后体模型在风洞启动时的X向坐标来实现；

其中，在风洞测控程序试验参数设置时，当后体模型试验首阶梯下方X向坐标＞-30.0mm，则在试验首阶梯之前增加一个第一辅助阶梯；

在第一辅助阶梯中，所述前体模型、后体模型的迎角值与试验要求的首阶梯迎角值对应相同，位置坐标值与后体模型的启动位置相同。

5.如权利要求3所述高速风洞级间分离与网格测力试验控制系统的应用方法，其特征在于，在步骤六中，所述模型处于迎角为零状态是指当后体模型试验末阶梯下方X向坐标＞-30.0mm，在试验末阶梯之后增加一个第二辅助阶梯，以使试验结束时后体模型下方X向的关车位置小于启动位置；

其中，在第二辅助阶梯中，所述前体模型、后体模型的迎角值与试验要求的末阶梯迎角值对应相同，后体模型的位置坐标值与启动位置相同。