[發明專利]一種低速風洞模型飛行實驗系統及方法

有效

• 申請號: 201610123742.2
• 申請日: 2016-03-04
• 公開（公告）號: CN105784318B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: 孫海生;劉志濤;岑飛;聶博文;范利濤;張海酉;章貴川;何清;高大鵬;劉忠華;張鵬;蔣敏;馬軍;吳海贏;黃志遠
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心低速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/08
• 分類號: G01M9/08
• 代理公司: 北京挺立專利事務所(普通合伙)11265
• 代理人: 王震秀

1.一種低速風洞模型飛行實驗系統，包括風洞，其特征在于，包括飛行器動力相似縮比模型、模型機載姿態測量系統、舵面運動驅動系統、發動機動力模擬系統、飛行控制系統、飛行操縱系統、風洞運行系統和安全防護系統；

所述飛行器動力相似縮比模型，根據相似準則和模型比例進行設計加工，實現幾何相似、質量相似、慣量相似；

所述模型機載姿態測量系統，用于實時測量所述飛行器動力相似縮比模型的飛行姿態數據，并將測量數據發送至所述飛行控制系統；

所述舵面運動驅動系統，接收所述飛行控制系統的控制指令，并驅動飛行器動力相似縮比模型各舵面偏轉；

所述發動機動力模擬系統，接收所述飛行控制系統的控制指令，利用高壓空氣從所述飛行器動力相似縮比模型尾部噴出實現推力模擬，為飛行實驗系統提供飛行動力；

所述飛行控制系統，用于接收所述模型機載姿態測量系統發送的數據和所述飛行操縱系統發送的操作指令，解算飛行控制律，并向所述舵面運動驅動系統發送控制指令、向所述發動機動力模擬系統發送推力控制指令和向風洞運行系統發送風速調節控制指令；

所述飛行操縱系統，包括俯仰控制系統、滾轉與偏航控制系統和推力控制系統，由飛行操控員執行操作，并將操作指令發送至所述飛行控制系統；

所述風洞運行系統，接收由飛行控制系統發送的風速調節控制指令，實現風洞風速大小調節；

所述安全防護系統，采用柔性上下安全索，所述安全索的一端與風洞相連，所述安全索的另一端連接至飛行器動力相似縮比模型，防止所述飛行器動力相似縮比模型在風洞內意外失控時碰到風洞洞壁。

2.根據權利要求1所述的一種低速風洞模型飛行實驗系統，其特征在于，所述飛行器動力相似縮比模型，滿足幾何相似準則、弗勞德數相似準則、質量相似準則、慣量相似準則和推力相似準則。

3.根據權利要求1所述的一種低速風洞模型飛行實驗系統，其特征在于，所述模型機載姿態測量系統包括風標、陀螺儀和航姿參考系統；所述風標安裝于所述飛行器動力相似縮比模型機頭空速管上；所述陀螺儀安裝在所述飛行器動力相似縮比模型重心位置；所述航姿參考系統安裝在所述飛行器動力相似縮比模型重心位置。

4.根據權利要求3所述的一種低速風洞模型飛行實驗系統，其特征在于，所述風標測量迎角和側滑角；所述陀螺儀測量俯仰角速度、偏航角速度、滾轉角速度以及三軸線加速度；所述航姿參考系統測量俯仰角、滾轉角和偏航角。

5.根據權利要求1所述的一種低速風洞模型飛行實驗系統，其特征在于，所述舵面運動驅動系統采用微型電動舵機。

6.根據權利要求1所述的一種低速風洞模型飛行實驗系統，其特征在于，所述發動機動力模擬系統，由外部高壓空氣經過通氣管路輸送至所述飛行器動力相似縮比模型內部，再從所述飛行器動力相似縮比模型的尾噴管噴出，從而模擬發動機獲得推力。

7.根據權利要求1所述的一種低速風洞模型飛行實驗系統，其特征在于，所述俯仰控制系統和所述推力控制系統位于試驗段側面，觀察和控制所述飛行器動力相似縮比模型的縱向運動；所述滾轉與偏航控制系統通過位于試驗段正后方的實時視頻監控畫面，觀察和控制飛行器動力相似縮比模型的橫向運動。

8.根據權利要求1所述的一種低速風洞模型飛行實驗系統，其特征在于，所述風洞運行系統控制起風、改變試驗風速和停風。

9.根據權利要求1所述的一種低速風洞模型飛行實驗系統，其特征在于，所述安全防護系統將所述飛行器動力相似縮比模型與風洞上下洞壁通過兩條安全繩相連，所述安全繩的操控端設置有高速絞盤。

10.一種低速風洞模型飛行實驗方法，其特征在于，步驟包括：

(1)各飛行操控員就位，由所述安全防護系統拉緊所述飛行器動力相似縮比模型；

(2)由所述風洞運行系統開啟風洞，開始起風；

(3)開啟飛行控制系統，模型機載姿態測量系統實時測量飛行數據，舵面運動驅動系統進入控制回路，飛行控制系統調取飛行控制律；

(4)開啟所述發動機動力模擬系統；

(5)飛行控制系統的控制程序判斷飛行數據中的風速信號是否達到設定閾值，若沒有達到則斷開風標測量信號繼續循環判斷閾值，若達到則接通風標測量信號；

(6)判斷風速是否達到試驗風速，若沒有則所述安全防護系統收緊安全索，若達到則所述安全防護系統松開安全索，實驗模型進入無約束飛行狀態；

(7)操控員通過所述飛行操縱系統向所述飛行控制系統發送指令，由所述飛行控制系統控制向所述舵面運動驅動系統和所述發動機動力模擬系統發送控制指令，從而控制所述飛行器動力相似縮比模型進行六自由度無約束飛行，完成指定測試任務；

(8)若試驗結束，所述安全防護系統拉緊所述飛行器動力相似縮比模型，所述風洞運行系統控制風速逐漸下降，當風速信號小于設定閾值則斷開風標信號；停風后，飛行控制系統停止調取飛行控制律；

(9)試驗結束，對進行試驗數據進行分析評估。