[發明專利]一種多元校準風洞天平數據的處理方法

有效

• 申請號: 202110364622.2
• 申請日: 2021-04-06
• 公開（公告）號: CN112800633B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 李付華;張遜;趙亮亮;張衛國;張林;岳廷瑞;薛偉;梁磊;黃志銀
• 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: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/18;G06F17/16;G06F119/14
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 卿誠

本發明涉及風洞天平技術領域，具體涉及風洞天平校準，尤其涉及一種多元校準風洞天平數據的處理方法，包括確定初始線性矩陣，確定零載荷輸出，確定附加載荷，確定最終載荷，根據得到的校準載荷進行確定校準矩陣。本發明通過對天平載荷進行預處理，再對天平進行校準從而提高數據測量的準確度，減少風洞天平在實際工作過程中的誤差。利用該數據處理方法對天平進行處理，天平進行測量統計結果優于有現有技術中的數據處理方法，對具有明顯非線性干擾的天平處理更具有優勢。

技術領域

本發明涉及風洞天平技術領域，具體涉及風洞天平數據的校準，尤其涉及一種多元校準風洞天平數據的處理方法。

背景技術

風洞天平是風洞中用以測量氣流作用在模型上的空氣動力和力矩的測量設備，在風洞天平的使用中需要進行校準，當前對風洞天平的校準方法主要為分段曲線擬合單元校準方法。這個方法所采用的模型中，電橋輸出定義為自變量，力和力矩分量定義為因變量。最小二乘法原理通常用在對所選數學模型的試驗校準數據曲線擬合中，并且在這個過程中，正如通常應用那樣，自變量假設是絕對正確的，因變量是有差錯的。試驗測量都有誤差，任何設備校準的目的就是確保校準變量（力、力矩、壓力、溫度等）的值可知并具有一定的不確定度（誤差的估算），這個不確定度遠小于被校準設備的不確定度。當校準應變天平時，施加的載荷為校準自變量，它的值是已知的。這些施加的載荷引起整個天平結構的應力和應變，每個應變片橋處的應變產生惠斯登電橋的電輸出，它與應變的大小成正比。因此，電橋輸出取決于校準載荷，在回歸分析中成為因變量。校準載荷，盡管不可能沒有誤差，但它最接近通常回歸分析中假設的無誤差自變量的條件。

現有技術中的校準方法要求試驗加載設計結構為：所有分量以一個恰當的增量首先單獨加載，然后與每個其他分量的二級恒定載荷一起重復相同的順序，一次一個分量。這個方法也要求加載設計限制在最多加載兩個分量，一個為可變載荷，另一個為不變載荷。后一個條件不適合分析用自動天平校準機采集的校準數據，因為對于大多數這些機器來說，非加載元力和力矩嚴格滿足零的條件不實際。數據處理程序包含對每個加載序列的數據進行二階或多階多項式擬合。對于單載荷情況，一階、二階、三階項的系數產生校準矩陣中所需的線性、二次項、三次項的主系數和干擾系數。第二序列叉積系數由第一序列系數（斜率）直線型曲線擬合斜率決定，第一序列系數（斜率）由初始曲線擬合，對應二級恒定載荷（單載荷情況等同二級恒定載荷為零）。

因此，現有的校準方法的前置條件較多并難以滿足，極大的提高了風洞天平校準工作的難度，目前所采用的數據處理方法中所得到的天平公式系數平方干擾項及二次交叉干擾項在用到風洞試驗中時將會出現失真情況，從而增大天平測量誤差，對剛度較差、二次干擾較為嚴重的天平尤為明顯。因此迫切需要提出一種新的數據處理方法，以解決目前所用數據處理方法帶來的誤差。

為了更加方便地進行風洞天平的校準，并提高校準地準確性，需要提出更為合理的技術方案，解決現有技術中存在的技術問題。

發明內容

為了克服上述內容中提到的現有技術存在的缺陷，本發明提供了一種多元校準風洞天平數據的處理方法，旨在確定給定施加力和力矩分量與電橋輸出之間關系的系數，通過該方法進行數據處理對于試驗施加的載荷沒有限制，更方便進行數據的處理。

為了實現上述目的，本發明具體采用的技術方案是：

一種多元校準風洞天平數據的處理方法，包括：

確定初始線性矩陣，通過對載荷系列中所有點去除初始點的載荷與輸出進而確定初始線性矩陣；

確定零載荷輸出，在額定激勵電壓下，通過天平姿態為0°的電橋輸出進行確定；

確定附加載荷，采用矩陣和初始點橋路輸出減去零載荷輸出得到附加載荷，若附加載荷在允許容差范圍內則直接確定最終矩陣；若附加載荷不在允許容差范圍內，則將附加載荷加載到所有校準點的校準載荷上并得到新的暫定矩陣進而重新確定附加載荷，并進行迭代以得到容差范圍內的附加載荷；