【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于脈沖風洞試驗，具體涉及一種慣性干擾自補償的脈沖風洞天平及其補償方法。
技術介紹
1、在飛行器研究與性能評估中，地面風洞試驗是開展飛行器氣動特性研究的重要手段，其中，脈沖風洞具有系統簡單、建造及運行成本低、維護方便等特點，是進行飛行器試驗研究的重要設備之一。但是，脈沖燃燒風洞試驗時間非常短，載荷沖擊很大，這導致脈沖風洞啟動時引起的模型慣性振動在試驗時間內無法得到有效阻尼衰減，整個試驗過程中天平輸出信號均為振蕩信號，這對天平測力造成了很大的干擾，影響風洞試驗數據的質量。
2、juhany采用6分量應變天平進行了測力試驗，結果證明，要準確獲得測力系統的氣動力載荷，必須保證試驗時間內獲得至少4個周期的振動信號，此時，鈍錐模型已有數據與試驗所測數據十分吻合。但是，通過多個有效振動周期信號進行均值濾波的方法，其數據質量取決于周期信號的完整性，一體化模型較為復雜、振動頻率多樣，很難截取完整周期，并且當信號中包含多個頻率干擾時，只能對特定頻率或部分頻率干擾進行抑制。
3、為了進一步提高數據質量，學者們提出了多種短時測力試驗慣性干擾補償方法。yang等人通過設計動態補償電路改善了天平的動態性能，大幅降低了桿式天平系統的超調量以及調節時間。在此基礎上，zhou等人通過實驗對不同配重下天平測力系統的動態性能參數進行識別，并用曲線擬合的方式獲得了天平配重與固有頻率的變化規律，實現了模型質量變化時的分段補償。電路補償的方法需要獲取準確的測力系統的動態參量。此類方法更多地是應用于小尺度模型或標準模型中，由于小尺度模型測
4、學者們還提出了通過信號處理算法對氣動載荷進行辨識。simmons等率先將載荷辨識方法引入脈沖風洞測力試驗，提出了應力波天平技術并將其應用于激波風洞試驗。tuttle等設計了多分量應力波天平，并通過一系列風洞試驗對該方法進行驗證和推廣。wang?feng等將載荷辨識方法首次應用于脈沖燃燒風洞測力試驗，利用正則化方法求解載荷辨識方程得到了載荷歷程，或轉化為求解參數優化問題得到載荷。此方法需要對天平動態信號進行分析獲得信號中的振幅、頻率、相位、阻尼等參數并構建理論輸出方程，通過最小二乘法計算理論輸出與實際輸出誤差最小時的常數項作為天平穩態輸出值。
5、由于脈沖風洞試驗有效時間較短，同時一體化模型相對復雜，可能導致輸出信號中包含多個頻率相近的干擾信號，這些因素導致參數識別存在較大困難。因此，上述兩種方法均更適用于簡單模型的慣性干擾動態補償，若想應用到復雜模型的測力試驗，需進一步研究。
6、針對沖壓發動機模型脈沖風洞測力試驗過程中的慣性干擾補償，jinzhou?lv等人提出了在測力系統上分布式布置加速度計，結合模型質量參數計算模型上的慣性載荷直接疊加到測力天平信號中進行慣性力補償的方法，有限元仿真分析結果顯示，補償后能降低系統的調節時間，使系統更快達到穩態輸出，大幅提高了天平瞬態測量精度；而且對測力天平輸出結果進行慣性補償后，測力系統輸出結果與輸入載荷之間的均值誤差率相對補償前大幅度降低，軸向力、法向力和俯仰力矩誤差均小于0.3％。但是，隨著模型尺度的增大，模型整體剛度會逐漸下降，因為模型局部振動模態的產生，加速度計布置在模型上容易產生過補償或者欠補償的情況，而且，測力系統尺度較大、連接關系復雜，載荷傳遞過程中不同位置振動信號的相位也存在一定差異，導致只能對干擾信號中的主頻信號進行有效補償。
7、當前，亟需發展一種慣性干擾自補償的脈沖風洞天平及其補償方法。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的一個技術問題是提供一種慣性干擾自補償的脈沖風洞天平，本專利技術所要解決的另一個技術問題是提供一種慣性干擾自補償的脈沖風洞天平的補償方法用以克服現有技術的缺陷。
2、本專利技術的慣性干擾自補償的脈沖風洞天平的固定端為天平固定框，浮動端為天平浮動框；天平固定框固定在安裝平臺上，天平浮動框上安裝模型；天平固定框和天平浮動框之間通過彈性元件以及支撐結構固定連接；在天平浮動框的前段和后段設置對稱的法向彈性元件，在天平浮動框的前端和后端設置對稱的和軸向彈性元件；法向彈性元件感受法向力，軸向彈性元件感受軸向力；
3、法向彈性元件和軸向彈性元件分別由對應的8個t型梁元件以及若干個支撐片構成，t型梁元件上布置傳感器，支撐片提供剛度以及提高t型梁元件的抗干擾能力；
4、慣性干擾自補償的脈沖風洞天平上共布置了24個傳感器；其中，編號為a1～a16d的傳感器為電阻應變計，分別布置在8個t型梁的前后表面，每4個電阻應變計組成1個惠斯登電橋，用于測量氣動載荷；編號為b1～b8的8個傳感器為加速度計，分別布置在8個t型梁的自由端，用于輸出信號，構建加速度計最終補償信號。
5、本專利技術的慣性干擾自補償的脈沖風洞天平的補償方法，包括以下步驟：
6、當氣動載荷作用在慣性干擾自補償的脈沖風洞天平上，慣性干擾自補償的脈沖風洞天平的4個惠斯登電橋分別獲得電橋輸出信號，8個加速度計分別獲得加速度計輸出信號；對于加速度計輸出信號，首先將加速度計輸出信號進行低通濾波，去掉加速度計輸出信號中的噪聲；其次進行高通濾波，去掉加速度計輸出信號中的直流分量；再次進行二次積分，獲得與干擾信號頻率、相位特性一致的模擬信號；最后乘以補償系數，獲得加速度計最終補償信號；將加速度計最終補償信號疊加到電橋輸出信號上進行補償，再根據校準公式計算氣動載荷，完成補償。
7、進一步地，所述的慣性干擾自補償的脈沖風洞天平為三分量天平，氣動載荷電信號輸出矩陣u和對應的氣動載荷電信號輸出公式為：
8、
9、其中，u1為a1～a4編號的電阻應變計組成的惠斯登電橋輸出信號，u2為a5～a8編號的電阻應變計組成的惠斯登電橋輸出信號，u3為a9～a12編號的電阻應變計組成的惠斯登電橋輸出信號，u4為a13～a16編號的電阻應變計組成的惠斯登電橋輸出信號；ux為軸向力x的輸出信號，uy為法向力y的輸出信號，umz為俯仰力矩mz的輸出信號；
10、惠斯登電橋輸出信號的靈敏度系數為k，則慣性干擾自補償的脈沖風洞天平的靈敏度系數矩陣k表示為：
11、
12、其中，kx-x表示軸向力x的靈敏度系數、ky-x表示法向力y對軸向力x的靈敏度系數、kmz-x表示俯仰力矩mz對軸向力x的靈敏度系數；ky-y表示法向力y的靈敏度系數、kx-y表示軸向力x對法向力y的靈敏度系數、kmz-y表示俯仰力矩mz對法向力y的靈敏度系數；kmz-mz表示俯仰力矩mz的靈敏度系數、kx-mz表示軸向力x對俯仰力矩mz的靈敏度系數、ky-mz表示法向力y對俯仰力矩mz的靈敏度系數；
13、靈敏度系數矩陣k中的各靈敏度系數通過地面校準獲得，通過天平校本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.慣性干擾自補償的脈沖風洞天平，其特征在于，所述的慣性干擾自補償的脈沖風洞天平的固定端為天平固定框(1)，浮動端為天平浮動框(2)；天平固定框(1)固定在安裝平臺上，天平浮動框(2)上安裝模型；天平固定框(1)和天平浮動框(2)之間通過彈性元件以及支撐結構(3)固定連接；在天平浮動框(2)的前段和后段設置對稱的法向彈性元件(4)，在天平浮動框(2)的前端和后端設置對稱的和軸向彈性元件(5)；法向彈性元件(4)感受法向力，軸向彈性元件(5)感受軸向力；
2.慣性干擾自補償的脈沖風洞天平的補償方法，其用于權利要求1所述的慣性干擾自補償的脈沖風洞天平，其特征在于，包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的慣性干擾自補償的脈沖風洞天平的補償方法，其特征在于，所述的慣性干擾自補償的脈沖風洞天平為三分量天平，氣動載荷電信號輸出矩陣U和對應的氣動載荷電信號輸出公式為：
4.根據權利要求2所述的慣性干擾自補償的脈沖風洞天平的補償方法，其特征在于，所述的慣性干擾自補償的脈沖風洞天平的加速度計輸出信號是模型與天平浮動框(2)的振動位移造成的，利用加速度計獲取T型梁
...【技術特征摘要】
1.慣性干擾自補償的脈沖風洞天平，其特征在于，所述的慣性干擾自補償的脈沖風洞天平的固定端為天平固定框(1)，浮動端為天平浮動框(2)；天平固定框(1)固定在安裝平臺上，天平浮動框(2)上安裝模型；天平固定框(1)和天平浮動框(2)之間通過彈性元件以及支撐結構(3)固定連接；在天平浮動框(2)的前段和后段設置對稱的法向彈性元件(4)，在天平浮動框(2)的前端和后端設置對稱的和軸向彈性元件(5)；法向彈性元件(4)感受法向力，軸向彈性元件(5)感受軸向力；
2.慣性干擾自補償的脈沖風洞天平的補償方法，其用于權利要求1所述的慣性干擾自補償的脈沖風洞天平，其特征在于...
【專利技術屬性】
技術研發人員：許彬，王振鋒，于時恩，蒲小強，劉龍，呂雪蓮，林其，代雄，王辰忠，郭鵬宇，
申請(專利權)人：中國空氣動力研究與發展中心空天技術研究所，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。