风洞常规测力试验中气动刚度与气动阻尼的视频测量方法

摘要

本发明公开了一种风洞常规测力试验中气动刚度与气动阻尼的视频测量方法，利用常规测力试验采用的迎角阶梯变化的风洞试验方式，通过迎角视频测量系统测得的迎角数据与天平测得的气动力数据，计算出该测力试验参数下，各迎角阶梯的气动阻尼和气动刚度，从而在风洞常规测力试验中，测得给定迎角阶梯气动力的同时，获得了该试验马赫数与雷诺数下的气动阻尼和气动刚度。本发明的积极效果是：实现了在常规测力试验中，采用常规测力试验模型，获得俯仰自由度的气动阻尼和气动刚度，扩展了常规测力试验获得的气动数据；同时，由于本发明采用常规测力试验模型，测得俯仰自由度的气动阻尼和气动刚度，较颤振试验模型或动导数试验模型研制成本低廉得多。

主权项

1.一种风洞常规测力试验中气动刚度与气动阻尼的视频测量方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、测量各阶梯上风洞模型的迎角：利用安装在风洞试验段侧壁面上的迎角视频测量系统，通过测量风洞模型上的特征点三维坐标，计算出各阶梯风洞模型迎角；步骤二、计算风洞模型、测力天平与模型支撑机构构成的系统在俯仰自由度的一阶振型的频率ω₀、弹性铰链常数k_s、转动惯量I和结构阻尼c_s：①在风洞未吹风时，对风洞模型施加初始位移或施加初始速度扰动后释放，然后测得模型迎角自由振动数据α(t)；②对α(t)进行傅里叶变换，提取俯仰自由度的一阶振型频率ω₀及阻尼比ξ₀；③按如下公式计算振幅对数衰减率δ：式中Q₀为迎角自由振动时初始振幅值，Q_n为第n个周期后的迎角振幅值；④计算弹性铰链常数k_s：对风洞模型施加已知的俯仰力矩M_z，同时测出模型迎角变化量Δα，则$k_s=\frac{M_z}{\mathrm{\Delta \alpha }}$⑤计算俯仰自由度转动惯量I，计算式为：⑥计算不吹风时的阻尼系数q₀和俯仰自由度的结构阻尼c_s，计算式为：$q_0=-\frac{{\mathrm{\delta \omega }}_0}{2\pi }$c_s=2Iq₀步骤三、计算各个阶梯上风洞模型的俯仰气动阻尼和气动刚度：①测量模型在各个阶梯的迎角数据；②求解各个阶梯的俯仰气动阻尼和气动刚度：设迎角视频测量系统测得模型在第i个阶梯的迎角数据为αⁱ(t)，测力天平在第i个阶梯测得的升力和俯仰力矩分别记为Yⁱ和则A）计算俯仰力矩引起的迎角计算式为：${\alpha }_{M_z}^i\left(t\right)={\alpha }^i\left(t\right)-k_y·Y^i$式中Yi为第i个阶梯的升力，k_y为升力Yⁱ对应的迎角弹性铰链常数，通过天平校准获得；B）计算第i个阶梯的气动刚度$k_a^i=M_z^i/\overline{{\alpha }_{M_z}^i\left(t\right)}-k_s$式中为在第i个阶梯的算术平均值；C）计算第i个阶梯的俯仰气动阻尼与俯仰运动的阻尼系数qⁱ，计算式为$q^i=\sqrt{\frac{k_s+k_a^i}{I}-{\left({\omega }^i\right)}^2}$$c_a^i=2I{q}^i-c_s$式中，ωⁱ为第i个阶梯的迎角数据αⁱ(t)的一阶振型频率。