[发明专利]一种高速飞行器蒙皮壁板颤振特性试验装置和试验方法

说明书

本发明属于风洞试验技术领域，公开了一种高速飞行器蒙皮壁板颤振特性试验装置和试验方法。试验装置包括背压腔、电磁阀、背压腔压力传感器、控制系统和气压伺服系统；背压腔及气压伺服驱动系统控制蒙皮壁板模型两侧压差，根据风洞来流马赫数、试验段静压实时控制背压腔压力，保证蒙皮壁板模型两侧压差为给定数值，适用于开展侧壁支撑的高速飞行器蒙皮壁板颤振特性试验。试验方法根据高速飞行器的飞行工况给定壁板颤振模型两侧压差，通过控制系统向气压伺服系统发送指令，通过改变背压腔容积调整背压腔压力，并在试验过程中根据风洞试验段流场静压变化情况实时调整背压腔压力，保证了试验数据的准确性。

技术领域

本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种高速飞行器蒙皮壁板颤振特性试验装置和试验方法。

背景技术

壁板颤振是飞行器表面蒙皮结构由于空气动力、惯性力和弹性力的相互耦合作用而产生的一种气动弹性不稳定现象，是动力学系统的一种自激振动。与经典的升力面颤振不同，壁板颤振的气动载荷仅仅作用于壁板的一个表面上，同时，由于壁板表面大变形引起的几何非线性作用，壁板颤振通常呈现为限幅振动，长期的壁板颤振会造成壁板结构的疲劳破坏。

研究高速飞行器蒙皮壁板颤振特性，为高速飞行器的结构优化设计提供技术支持，技术人员做了大量工作。但是，由于试验装置研制困难，早期的研究主要以理论分析与数值模拟为主，在地面环境下开展的壁板颤振特性试验研究相对有限，尤其是壁板颤振特性试验模型的背侧为风洞驻室，风洞驻室压力较风洞试验段流场静压高，且随着来流马赫数不同压差变化较大，而壁板颤振特性试验要求模型两侧压差为给定值，而且能够根据试验段流场静压实时变化。目前公开发表的资料中尚无合适的装置可以应用于高速飞行器蒙皮壁板颤振特性试验当中。

当前，亟需发展一种高速飞行器蒙皮壁板颤振特性试验装置和试验方法。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是提供一种高速飞行器蒙皮壁板颤振特性试验装置，本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种高速飞行器蒙皮壁板颤振特性试验方法。

本发明的高速飞行器蒙皮壁板颤振特性试验装置，其特点是，所述的试验装置包括背压腔、电磁阀、背压腔压力传感器、控制系统和气压伺服系统；控制系统包括置于高速风洞外部的控制计算机和控制柜，控制柜内设置交流稳压电源、电缸交流伺服驱动器、气缸运动控制器、电气保护器件和压力传感器采集卡，电气保护器件保护控制柜内的电气器件；气压伺服系统包括置于高速风洞外部的电缸和气缸，电缸和气缸通过控制柜的交流稳压电源供电；

蒙皮壁板颤振模型在侧壁壁板上进行垂直投影，按照垂直投影形状切除侧壁壁板上对应的垂直投影面积，在侧壁壁板的缺口处安装竖直截面形状与垂直投影形状相同的背压腔，背压腔的深度小于驻室的宽度；蒙皮壁板颤振模型和背压腔构成封闭腔体；

背压腔内安装背压腔压力传感器，背压腔压力传感器通过压力传感器采集卡与控制计算机连接；

背压腔的侧壁面安装电磁阀，电磁阀与控制计算机连接；电磁阀打开，背压腔与驻室之间连通，电磁阀关闭，背压腔与驻室之间封闭；

背压腔连接通气管路，控制计算机通过电缸交流伺服驱动器控制电缸，通过气缸运动控制器控制气缸，电缸带动气缸活塞抽气或压缩，经通气管路从背压腔抽气或者进气；

风洞试验段压力传感器与控制计算机连接。

本发明的高速飞行器蒙皮壁板颤振特性试验方法，包括以下步骤：

S10.编制高速飞行器蒙皮壁板颤振特性试验计划表，设置背压腔与高速风洞试验段的静压差调整阶梯序列表；

S20.高速风洞启动前，打开电磁阀，背压腔与驻室连通；

S30.启动高速风洞，高速风洞流场稳定后关闭电磁阀；