【摘 要】
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先进的飞行器技术作为航空航天领域中关乎着国家安全的重要技术,受到各国研究机构的青睐,可以说掌握了该技术就掌握了未来的战场主动权。先进飞行器研发需要大量的实验数据作为支撑,其中风洞实验获得的气动数据尤为重要。但随着风洞实验对飞行器模型气动力测量的准确性要求增加,风洞实验室的尺寸越做越大,为更大体积的飞行器模型进行吹风实验提供了优良的基础条件,但传统的风洞试验方法也开始逐渐体现出来各种不足之处。本文针
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先进的飞行器技术作为航空航天领域中关乎着国家安全的重要技术,受到各国研究机构的青睐,可以说掌握了该技术就掌握了未来的战场主动权。先进飞行器研发需要大量的实验数据作为支撑,其中风洞实验获得的气动数据尤为重要。但随着风洞实验对飞行器模型气动力测量的准确性要求增加,风洞实验室的尺寸越做越大,为更大体积的飞行器模型进行吹风实验提供了优良的基础条件,但传统的风洞试验方法也开始逐渐体现出来各种不足之处。本文针对大尺寸飞行器模型由于其配套的支撑体积过大而导致的支架干扰大等问题,提出了一种基于连杆和张线的复合支撑方法,并建立了基于该复合支撑的气动力测量系统,利用力传感器和角度传感器对系统进行了标定。首先,为解决大尺寸模型在传统风洞支撑下存在过大的支架干扰现象,提出了一种基于连杆和张线的复合风洞支撑方式,并建立了该支撑下的飞行器模型的多维力测量数学模型。对飞行器模型进行受力分析,获得了飞行器模型受力与力传感器、角度传感器输出的关系。为后续飞行器模型气动多维力测量装置的设计提供了理论基础。采用结构力学中的位移法对模型的固有频率进行了计算,并通过锤击实验验证了计算结果。其次,为获得飞行器模型受力的数学模型中各个连杆和张线的空间角度,通过分析比较了多种角度传感器的特点,采用MEMS角度传感器对其空间角度进行测量。电子角度传感器为九轴角度传感器,利用卡尔曼滤波算法对角度传感器内置的各个模块中得到的角度数值进行处理,得到了连杆、张线的空间角度,并在一定程度上减小了角度测量误差。利用MEMS角度传感器测量并准确获得连杆和张线的空间角度,可以提高后期求解模型所受气动力的准确度,并为后续力加载标定实验提供了便利。最后,对复合支撑的测试系统进行了性能测试。针对飞行器模型支撑状态,设计了两种单向压电力传感器,分别与连杆和钢丝绳相连接,对其进行标定,结果表明压电力传感器的线性度、重复性良好。利用砝码加载装置,对8根张线支撑下的飞行器模型和4根连杆4根张线支撑的飞行器模型分别进行了静态标定实验,结果表明复合支撑下的模型静态性能要优于张线支撑下的静态性能。本文提出一种基于复合支撑的飞行器模型气动力的测定方法,可以实现被支撑模型的外部六维力测量,可为大尺寸模型气动力风洞试验提供技术支撑。
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