[發明專利]基于氣浮軸承的非軸對稱彈頭風洞試驗數據處理方法

在審

• 申請號: 201510981907.5
• 申請日: 2015-12-23
• 公開（公告）號: CN105588704A
• 公開（公告）日: 2016-05-18
• 發明（設計）人: 梁彬;趙俊波;張石玉;付增良;高清
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11369
• 代理人: 史霞

技術領域

本發明屬于試驗空氣動力學領域。更具體地說，本發明涉及一種一種基于氣浮軸 承技術的非軸對稱彈頭風洞試驗數據處理方法。

背景技術

基于氣浮軸承的風洞試驗技術是測量彈頭小滾轉氣動力的重要手段。如圖5所示， 該項試驗技術利用氣浮軸承自身旋轉的機械阻尼很小的特點，使模型在風洞不吹風的條件 下做幾乎無阻尼的自由旋轉運動。因此，即使風洞試驗中吹風產生的很小的滾轉氣動力作 用在模型上，也將引起模型轉速的變化。試驗中通過光學傳感器能夠測出模型轉速隨時間 的變化，經數據處理后得到滾轉靜力矩系數和滾轉阻尼力矩系數。

現有技術中，基于氣浮軸承技術的彈頭風洞試驗數據處理方法均針對傳統的慣性 彈頭，該彈頭外形一般為軸對稱，在飛行的過程中滾轉靜力矩不發生變化，可將其視為常 數。因此模型在風洞中受滾轉靜力矩和滾轉阻尼力矩共同作用下的滾轉運動方程為：

IdPdt-ClPqsDDVP-Cl0qsD=0]]>

其中，P為模型轉速；I為模型滾轉轉動慣量；D為模型底部直徑；V為來流速度；q為 來流動壓；s為模型底部面積；C_lp為滾轉阻尼系數；C_l0為滾轉靜力矩系數。根據這樣一個滾 轉運動方程，試驗所測得的模型轉速變化曲線經過傳統的參數擬合數據處理方法處理后， 所得到滾轉靜力矩系數C_l0為一常數，即彈頭飛行中的平均量。

然而，機動式彈頭出于對高機動能力的要求，通常采用增加配平翼等方法改善其 機動性能，基本外形為非軸對稱，同時彈頭再入過程中的熱燒蝕等作用也會帶來外形的不 對稱。非軸對稱外形的彈頭在飛行過程中滾轉靜力矩隨著滾轉角的變化而周期性變化，不 再為常數。因此，傳統軸對稱外形彈頭的試驗數據處理方法已不再適用。

發明內容

為了解決上述問題，本發明基于氣浮軸承風洞試驗技術，克服現有傳統軸對稱彈 頭風洞試驗數據處理方法的不足，針對非軸對稱彈頭提供一種新的試驗數據處理和分析方 法。該方法不僅能夠獲得試驗模型在滾轉運動中滾轉靜力矩系數的平均值；還能獲得滾轉 靜力矩系數隨滾轉角動態周期性變化的規律；同時在數據處理過程中能得到理論仿真結 果，與試驗結果形成相互驗證。

為了達到上述目的，本發明提供了一種基于氣浮軸承的非軸對稱彈頭風洞試驗數 據處理方法，所述風洞試驗中每一種風速和非軸對稱彈頭模型的俯仰角的組合為一個試驗 狀態，所述模型在不同的試驗狀態下進行自由滾轉運動，包括以下步驟：

在確定一個試驗狀態下的滾轉靜力矩系數與滾轉角變化量之間的關系時，包括：

仿真步驟：預設一個滾轉靜力矩系數的變化幅值，對模型的滾轉運動控制方程進 行仿真模擬，得到所述模型的轉速隨時間t變化的仿真曲線；

匹配步驟：將所述模型的轉速隨時間t變化的仿真曲線與所述模型的轉速隨時間t 變化的試驗曲線進行比較，確定所述仿真曲線與所述試驗曲線最為匹配時的滾轉靜力矩系 數的變化幅值，作為實際滾轉靜力矩系數的變化幅值；以及

計算步驟：根據所述實際滾轉靜力矩系數的變化幅值得到所述滾轉靜力矩系數， 由此確定了當前試驗狀態下滾轉靜力矩系數與滾轉角變化量之間的關系。

優選的是，其中，還包括以下步驟：

步驟一、選擇一個試驗狀態，對所述試驗狀態進行工程估算，得到所述模型的以滾 轉角變化來求解滾轉靜力矩系數的方程，其中，該方程中包括求解所述滾轉靜力矩系數所 需的未知量：滾轉靜力矩系數的變化幅值；