[发明专利]一种满足多级全自由飞风洞试验相似律的条件确定方法

摘要

本发明公开了一种满足多级全自由飞风洞试验相似律的条件确定方法。根据动力学及运动学推导投放类风洞自由飞试验相似律。首次针对升力体外形针对两级甚至多级模型完全自由的自由飞试验设计试验相似律，重点解决升力体外形相似性问题。在风洞试验模型满足求限制条件时，可保证风洞试验所获得的水平线位移和竖直线位移、角位移曲线与真实飞行器的曲线相似，保证风洞试验可模拟真实飞行器的分离情况。解决了两级甚至多级全自由飞试验无相似律指导的难题。缺少针对两个甚至多个飞行器完全自由的风洞自由飞试验相似律,本发明针对此方面，得到了满足多级全自由飞风洞试验相似律的条件。

主权项

1.一种满足多级全自由飞风洞试验相似律的条件确定方法，其特征在于步骤如下：(1)设定多级全自由飞相似律风洞试验中在t_m时刻一级质心坐标为(x_1m，y_1m)和二级质心坐标为(x_2m，y_2m)；t_m表示多级全自由飞相似律风洞试验中一级与二级分离过程中的某个时间点；a_1xm表示一级风洞试验模型水平加速度，a_1ym表示一级风洞试验模型竖直加速度，a_2xm表示二级风洞试验模型水平加速度，a_2ym表示二级风洞试验模型竖直加速度，g为重力加速度，v_0m表示一级二级共同的运动速度；其中，a_1ym＝q_∞m·S_1m·C_1ym/m_1m                (5)a_1xm＝q_∞m·S_1m·C_1xm/m_1m               (6)a_2ym＝q_∞m·S_2m·C_2ym/m_2m               (7)a_2xm＝q_∞m·S_2m·C_2xm/m_2m               (8)S_1m表示一级风洞试验模型的参考面积，C_1ym表示一级风洞试验模型升力系数，C_1xm表示一级风洞试验模型阻力系数，m_1m表示一级风洞试验模型质量，S_2m表示二级风洞试验模型的参考面积，C_2ym表示二级风洞试验模型升力系数，C_2xm表示二级风洞试验模型阻力系数，m_2m表示二级风洞试验模型质量；(2)根据步骤(1)多级全自由飞相似律风洞试验中在t_m时刻一级质心坐标(x_1m，y_1m)和二级质心坐标(x_2m，y_2m)，确定风洞试验中t_m时刻一级与二级的相对位置参数C_m；(3)设一级与二级之间有如下关系：m_1m＝N*m_2m，S_1m＝M*S_2m，当真实飞行器一级和二级质量、外形确定之后，M和N便为常数，则将公式(9)化简得到公式(10)如下：(4)在步骤(1)的同时，设定真实飞行器中，在t_s时刻一级质心坐标(x_1s，y_1s)、二级质心坐标(x_2s，y_2s)；t_s表示真实飞行器一级与二级分离过程中的某个时间点；a_1xs表示一级真实飞行器水平加速度，a_1ys表示一级真实飞行器竖直加速度，a_2xs表示二级真实飞行器水平加速度，a_2ys表示二级真实飞行器竖直加速度，g为重力加速度，v_0s表示一级二级共同的运动速度；其中：a_1ys＝q_∞m·S_1s·C_1ys/m_1s       (15)a_1xs＝q_∞s·S_1s·C_1xs/m_1s        (16)a_2ys＝q_∞s·S_2s·C_2ys/m_2s        (17)a_2xs＝q_∞s·S_2s·C_2xs/m_2s        (18)S_1s表示一级真实飞行器的参考面积，C_1ys表示一级真实飞行器升力系数，C_1xs表示一级真实飞行器阻力系数，s_1s表示一级真实飞行器质量，S_2s表示二级真实飞行器的参考面积，C_2ys表示二级真实飞行器升力系数，C_2xs表示二级真实飞行器阻力系数，s_2s表示二级真实飞行器质量；(5)根据步骤(4)设定真实飞行器中，在t_s时刻一级质心坐标(x_1s，y_1s)、二级质心坐标(x_2s，y_2s)，确定真实飞行器t_s时刻一级与二级的相对位置参数C_s；设一级二级之间同样有如下关系：m₁＝N*m₂，S₁＝M*S₂，M和N为定值，则：(6)根据公式(10)，即公式(20)：(7)根据公式(19)和公式(10)，则有在满足多级全自由飞相似律风洞试验与真实飞行器的几何相似(几何相似是指：对应边成比例、对应角相等)、飞行条件相同、飞行姿态角一致的情况下：C_2ys＝C_2ym                       (21)C_1ys＝C_1ym                       (22)C_2xs＝C_2xm                       (23)C_1xs＝C_1xm                       (24)因而，有恒等式：C_s＝C_m                         (25)(m_1m/m_2m＝m_1s/m_2s)C_s＝C_m即表示两级模型完全自由状态下，只要保证一级与二级的几何相似和质量比相同，风洞自由飞试验与真实飞行器的线位移轨迹是恒相似的，与风洞自由飞试验中的飞行器模型的质量、来流条件无关；即满足风洞自由飞试验与真实飞行器的线位移轨迹相似的条件；(8)设定风洞自由飞试验与真实飞行器在对应时刻的水平位移成比例，则有：根据(26‑1)和(26‑2)，确定公式(27)化简公式(27)，求得：式中，k_t表示时间缩比，q_∞表示来流动压，k_q∞表示来流动压比，k_l表示尺寸缩比，k_m表示质量缩比；(9)设定风洞自由飞试验与真实飞行器的角位移轨迹是恒相似的，则需满足以下三个方程：k_θ表示角度缩比，表示角速度缩比，表示角加速度缩比；根据物体角加速度定义，则有：因此，根据公式(29)和公式(30)，则角位移相等需满足：然而已求得关系式(28)，因此满足关系式(31)，即满足关系式(29)，满足角位移相似；将公式(28)代入公式(29)，则有：根据公式k_t＝k_l/k_v              (34)再结合公式(28)，则有：公式(35)即满足风洞自由飞试验与真实飞行器的角位移轨迹相似的条件。