[發(fā)明專利]一種用于風(fēng)洞多體分離試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛙壽E預(yù)測方法

有效

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• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN112964450B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 解福田;林敬周;鄒東陽;鐘俊;趙健;張慶虎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空氣動力研究與發(fā)展中心超高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01M9/08;G01M9/02
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 王丹

本發(fā)明公開了一種用于風(fēng)洞多體分離試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛙壽E預(yù)測方法。該預(yù)測方法利用多體分離風(fēng)洞網(wǎng)格測力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立多體分離試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒煌鄬ξ恢煤妥藨B(tài)下六分量氣動力系數(shù)的Kriging數(shù)學(xué)模型，結(jié)合剛體六自由度運(yùn)動方程求解運(yùn)動軌跡。將分離軌跡按照時(shí)間劃分為多個(gè)時(shí)刻，根據(jù)數(shù)學(xué)模型預(yù)測初始時(shí)刻的氣動力，根據(jù)初始時(shí)刻的模型位姿結(jié)合運(yùn)動方程解算下一時(shí)刻的模型姿態(tài)，根據(jù)模型姿態(tài)繼續(xù)預(yù)測該下一時(shí)刻的模型姿態(tài)下的氣動力。循環(huán)執(zhí)行獲得多體分離試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷姆蛛x軌跡。該預(yù)測方法簡單、高效，不受CTS機(jī)構(gòu)限制，解決了CTS機(jī)構(gòu)設(shè)備的多體模型的軌跡預(yù)測問題，避免了CTS機(jī)構(gòu)行程、時(shí)間、碰撞等問題和風(fēng)險(xiǎn)，降低了試驗(yàn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于風(fēng)洞多體分離試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛙壽E預(yù)測方法。

背景技術(shù)

用于飛行器分離方案設(shè)計(jì)和評估的模型軌跡測量一直是風(fēng)洞試驗(yàn)的難題。以前，往往通過固定模型位置的風(fēng)洞測力或網(wǎng)格測力試驗(yàn)獲得分離體氣動特性，通過分離體氣動特性分析來評估飛行器分離方案的可行性。

近年來，隨著運(yùn)動機(jī)械及電子技術(shù)的進(jìn)步，高超聲速風(fēng)洞配置了多自由度的軌跡試驗(yàn)捕捉機(jī)構(gòu)(簡稱CTS)，CTS軌跡捕獲試驗(yàn)技術(shù)利用CTS機(jī)構(gòu)的多自由度運(yùn)動能力，結(jié)合實(shí)時(shí)測量解算程序，根據(jù)氣動載荷測量數(shù)據(jù)解算軌跡，以邊測量邊走位的方式獲取運(yùn)動軌跡，具有實(shí)時(shí)解算特點(diǎn)。

CTS機(jī)構(gòu)是一套復(fù)雜的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，涉及到多自由運(yùn)動控制，軌跡解算等一系列交叉學(xué)科應(yīng)用，受成本和建設(shè)周期限制，CTS機(jī)構(gòu)的建設(shè)發(fā)展速度并不快，現(xiàn)有CTS機(jī)構(gòu)的功能還不夠完善，具備多模型多自由度的CTS機(jī)構(gòu)比較稀缺。目前，子母彈拋灑、雙罩體分離等多體分離試驗(yàn)常常涉及3個(gè)以上模型的軌跡捕獲試驗(yàn)，現(xiàn)有的CTS機(jī)構(gòu)不能滿足3個(gè)以上模型的多自由度運(yùn)動需求。CTS軌跡捕獲試驗(yàn)對模型和天平的要求較高、試驗(yàn)準(zhǔn)備周期較長。對于暫沖式風(fēng)洞，試驗(yàn)時(shí)往往存在風(fēng)洞運(yùn)行時(shí)間不能滿足單次軌跡模擬要求，受試驗(yàn)段結(jié)構(gòu)、尺寸以及CTS機(jī)構(gòu)行程限制，分離距離常常不能滿足模擬要求，而且模型之間、模型與設(shè)備之間的防碰撞問題不易解決，一旦發(fā)生碰撞將對風(fēng)洞試驗(yàn)設(shè)備造成巨大傷害。因此，受當(dāng)前CTS機(jī)構(gòu)能力和風(fēng)險(xiǎn)限制，CTS軌跡捕獲試驗(yàn)還沒有廣泛推廣應(yīng)用。

為應(yīng)對上述問題，滿足飛行器分離方案設(shè)計(jì)和評估的需求，充分利用前期風(fēng)洞網(wǎng)格測力試驗(yàn)積累的豐富的網(wǎng)格測力試驗(yàn)數(shù)據(jù)，有必要發(fā)展一種更加方便可行的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于風(fēng)洞多體分離試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛙壽E預(yù)測方法。

本發(fā)明的用于風(fēng)洞多體分離試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛙壽E預(yù)測方法，其特點(diǎn)是：所述的預(yù)測方法使用的裝置包括n個(gè)模型、與n個(gè)模型一一對應(yīng)的n個(gè)測力天平、與n個(gè)模型一一對應(yīng)的n個(gè)模型支撐和試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集存儲處理系統(tǒng)，n≥2；所述的預(yù)測方法包括以下步驟：

a.加工一套多體分離風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ停来螢槟Ｐ廷瘛⒛Ｐ廷颉?.....模型n；每個(gè)模型分別具有獨(dú)立的測力天平，依次為天平Ⅰ、天平Ⅱ、......天平n；每個(gè)模型也分別具有獨(dú)立的模型支撐，模型支撐與各自對應(yīng)的模型支撐機(jī)構(gòu)連接；模型Ⅰ、模型Ⅱ、......模型n通過各自的模型支撐機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)六自由度運(yùn)動；

b.模型Ⅰ、模型Ⅱ、......模型n運(yùn)動過程中，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集存儲處理系統(tǒng)進(jìn)行位置通訊，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集存儲處理系統(tǒng)中的防碰撞程序監(jiān)測并預(yù)防各模型之間發(fā)生接觸；

c.設(shè)定模型Ⅰ、模型Ⅱ、......模型n的坐標(biāo)系為風(fēng)洞坐標(biāo)系；