[發明專利]模型俯仰/搖滾運動下速度/壓力聯合同步測量方法及裝置

無效

• 申請號: 201010181942.6
• 申請日: 2010-05-19
• 公開（公告）號: CN102012308A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 馬寶峰;鄧學鎣;徐思文;王延奎;李巖
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及航空航天領域的一種風洞實驗方法，特別是涉及在模型動態俯仰/兩自由度運動過程中，模型運動量和多種流動量的聯合測量方法。?

背景技術

現代戰斗機通常要求做大攻角機動飛行以提高其作戰效能，這種機動飛行動作通常是由飛行快速俯仰和滾轉來實現的，同時飛行在大攻角俯仰運動時也會產生不可控的非線性飛行運動，如繞體軸極限環振蕩的機翼搖滾現象。因而，在風洞中研究戰機做俯仰橫向滾轉或振蕩耦合運動時的氣動特性和流場特性具有重要的工程應用意義。?

在大攻角條件下，受旋渦分離流、渦破裂、渦干擾等流動現象影響，流動特性十分復雜，給實驗研究帶來了很大困難，通常需要多種測量手段聯合使用方能較全面的了解其流動結構和對氣動特性的影響機理。大攻角下需測量的基本流動量包括物面壓力和空間速度場，空間速度場是了解空間流動結構和渦量分布的基礎，而物面壓力是連接空間流場和模型氣動特性的橋梁。在模型靜止的靜態實驗中，由于流動的定常性，多種實驗手段可以單獨分開使用而不會影響實驗結果。但是在模型橫向滾轉振蕩運動的動態實驗中，流動具有很強的非定常性，分開做的各個實驗之間相關性變差，給數據分析帶來不便和不確定性。因而在大攻角動態實驗中，多種實驗手段的聯合同步測量變得十分必要。美國Notre?Dame大學Nelson教授的研究團隊為了研究機翼搖滾現象，開發了一套同步測量系統。該系統利用PID調節方法驅動電機強迫搖滾模型模擬自由搖滾時間歷程，同時進行模型表面壓力測量或進行空間流場顯示。該裝置給該研究團隊的研究帶來了很大進展，他們系統的研究了80°大后掠三角翼機翼搖滾過程中流動的特性及演化規律，總結出滾轉力矩與滾轉角的非線性特性、搖滾中滾轉阻尼的喪失和氣動遲滯特性是形成搖滾的原因。但實驗技術方面動態測壓和空間流動顯示并沒有同時進行，所得數據對應起來有很大困難，同時因動態測壓和空間流動顯示實驗要分兩次進行，實驗實驗效率也不高。同時，由于他們開展研究時技術條件的限制，沒有采用PIV技術測量空間速度場(PIV技術在上世紀90年代初還不是成熟的流動測量技術)。英國Bath大學機械工程系實現了模型自由搖滾振蕩情況下采用PIV進行流場拍攝，但沒有透露模型運動與PIV如何同步的細節，也沒有涉及物面壓力測量。最近，北京航空航天大學發展了單自由度搖滾振蕩情況下的PIV/壓力同步測控技術。本發明在此基礎上進一步發展了俯仰/搖滾振蕩兩自由度運動下，流場和物面壓力的同步測控技術，兩自由度下相比單自由度下的測控技術存在?運動的耦合問題，在流動測量上也存在新的難點，這也是本發明要解決的問題。?

首先應該說明一下，如何理解俯仰/搖滾耦合運動及其實現的方法。這里的俯仰/搖滾耦合運動，是指強迫俯仰/強迫搖滾耦合運動，這種耦合運動技術可以模擬給定規律的俯仰/搖滾運動，為進行現代飛行器在俯仰加搖滾振蕩運動中的流動現象研究打下基礎。這種耦合運動一般通過分別使用電機驅動俯仰運動和搖滾運動實現，驅動這種運動的電機一般采用性能較好的飼服電機并配有高精度的編碼器記錄運動時間歷程和實現反饋控制。?

另外需要說明一下，空間流場測量和物面壓力測量技術。空間流場測量采用PIV技術，PIV是粒子圖像速度測量技術的縮寫，借助于PIV可以精確的得到流體運動的速度場，是分析流體在空間內流動特性的重要實驗手段。實驗室內的壓力測量采用在模型上開測壓孔再通過壓力掃描閥實現測量。?

目前國內外尚未見到，在模型動態滾轉/俯仰兩自由度運動下，聯合同步測量模型的運動、物面壓力測量和空間速度場的先例。?

參考文獻：?

[1]Zeiger，M.D.，Telionis，D.P.，and?Vlachos，P.P.，“Unsteady?Separated?Flows?over?Three-dimensional?SlenderBodies，”Progress?in?Aerospace?Science，Vol.40，No.，2004，pp.291-320.?

[2]Gresham，N.T.，Wang，Z.，and?Gursul，I.，“Vortex?Dynamics?of?Free-to-Roll?Slender?andNonslender?Delta?Wings，”Journal?of?Aircraft，Vol.47，No.1，2010，pp.292-302.?

[3]搖滾/PIV/壓力同步測控技術的發展及其在機翼搖滾研究中的應用，空氣動力學學報，Vol.40，No.，2010，pp.291-320.?

發明內容