风洞捕获轨迹试验系统试验方法研究
发布时间：2020-09-24 16:12
捕获轨迹试验技术是研究飞行器分离特性的风洞特种试验技术,为飞行器的安全高效分离和飞控系统的设计提供试验依据。本文研究风洞捕获轨迹试验系统中的六自由度机构运动学、控制系统、分离轨迹生成等关键问题,设计了两种集测量、气动解算和驱动为一体的捕获轨迹试验方法。本文开展的工作如下:(1)使用Denavit-Hartenberg参数法,建立了串联六自由度机构的正逆解算法,用于显示和控制分离体模型的位姿,使用激光跟踪仪对六自由度机构的定位精度进行检测,并使用多项式拟合检测的误差结果,补偿到正逆解算法中,补偿后的定位精度满足试验要求。(2)使用牛顿第二定律和动量矩定理建立了分离体在分离过程中的动力学微分方程组,使用龙格-库塔法求解微分方程组,获得分离体实际分离轨迹和分离体模型在风洞试验段内需要运动的轨迹点。(3)设计了点到点间歇式运动的试验方法和轨迹连续运动的试验方法,前一种试验方法在解算轨迹点位置停下来后解算下一轨迹点位置,后一种试验方法运动到解算位置前提前解算下一轨迹位置并保证试验过程分离体模型按解算轨迹连续运动。这两种试验方法都使用了电子凸轮来实现六自由度机构的各轴联动。前一种试验方法使用五次多项式函数规划相邻两解算轨迹点之间的中间路径,后一种试验方法每次解算出多个轨迹点,使用三次样条插值函数和五次多项式函数规划运动轨迹,减小了六自由度机构带动分离体模型按轨迹运动时的速度和加速度的波动。(4)仿真了随时间变化的力和力矩作用下的分离轨迹,结果表明所设计的试验方法在给定初始条件和外力作用下具备获得分离体准确分离轨迹的能力。仿真了在随位置变化的力和力矩作用下的分离轨迹,结果表明轨迹连续运动的试验方法与点到点间歇运动的试验方法所得的分离轨迹基本一致,仅在轨迹多次变向时存在小量误差,但对真实风洞试验条件下获取的分离轨迹几乎无影响,最后分析了两种试验方法的实际运动轨迹,分析结果表明轨迹连续运动的试验方法效率更高。
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V211.74
【部分图文】：
图 1.1 AEDC 4T 风洞捕获轨迹系统等轴测图Fig 1.1 AEDC 4T wind tunnel captivetrajectory system isometric图 1.2AEDC 4T 风洞捕获轨迹试验系统控制系统示意图Fig 1.2 AEDC 4T wind tunnel captivetrajectory system control system diagram该捕获轨迹试验系统的试验流程图如图 1.3 所示，整个系统由全尺寸分离体的气动系统，气动系数预估，全尺寸分离体力和力矩方程的求解以及输出计算结果几部分组成[11]。其中该系统使用的气动系统预估技术，减少轨迹生成所需的风洞试验时间的同时还保证了分离轨迹预测的精度，在每个轨迹生成周期中，当前轨迹点测量的气动系数与在前一个轨迹点所预测的同一轨迹点的气动系统进行对比，如果两个结果相差较大，则丢弃前一个计算周期中计算的轨迹数据，如果比较结果令人满意，则在轨迹上定义该数据点，在连续多次成功的预测之后，轨迹生成步长增加 1 倍，在每次预测错误后，轨迹生成步长减少 1 倍，轨迹生成步长的下限为求解运动方程的积分时间间隔。通过气动系数预估技术，每次获得一条轨迹的风洞运行时间减少了 25%到 50%[9]。
图 1.1 AEDC 4T 风洞捕获轨迹系统等轴测图Fig 1.1 AEDC 4T wind tunnel captivetrajectory system isometric图 1.2AEDC 4T 风洞捕获轨迹试验系统控制系统示意图Fig 1.2 AEDC 4T wind tunnel captivetrajectory system control system diagram该捕获轨迹试验系统的试验流程图如图 1.3 所示，整个系统由全尺寸分离体的气动系统，气动系数预估，全尺寸分离体力和力矩方程的求解以及输出计算结果几部分组成[11]。其中该系统使用的气动系统预估技术，减少轨迹生成所需的风洞试验时间的同时还保证了分离轨迹预测的精度，在每个轨迹生成周期中，当前轨迹点测量的气动系数与在前一个轨迹点所预测的同一轨迹点的气动系统进行对比，如果两个结果相差较大，则丢弃前一个计算周期中计算的轨迹数据，如果比较结果令人满意，则在轨迹上定义该数据点，在连续多次成功的预测之后，轨迹生成步长增加 1 倍，在每次预测错误后，轨迹生成步长减少 1 倍，轨迹生成步长的下限为求解运动方程的积分时间间隔。通过气动系数预估技术，每次获得一条轨迹的风洞运行时间减少了 25%到 50%[9]。
1 绪 论得分离轨迹，大大地缩短了风洞运行时间。以色列飞冲式高速风洞、美国 AEDC 的 4T 风洞[19,20]，南美的 CAL1.2 米风洞，其中印度 NAL1.2 米风洞的捕获轨迹试21]。这类在试验过程中能够实现轨迹连续运动的试验系机需要同时控制模型运动、求解运动方程和实时采集处数据。但试验效率也大大提高。
本文编号：2825952
【学位单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V211.74
【部分图文】：
图 1.1 AEDC 4T 风洞捕获轨迹系统等轴测图Fig 1.1 AEDC 4T wind tunnel captivetrajectory system isometric图 1.2AEDC 4T 风洞捕获轨迹试验系统控制系统示意图Fig 1.2 AEDC 4T wind tunnel captivetrajectory system control system diagram该捕获轨迹试验系统的试验流程图如图 1.3 所示，整个系统由全尺寸分离体的气动系统，气动系数预估，全尺寸分离体力和力矩方程的求解以及输出计算结果几部分组成[11]。其中该系统使用的气动系统预估技术，减少轨迹生成所需的风洞试验时间的同时还保证了分离轨迹预测的精度，在每个轨迹生成周期中，当前轨迹点测量的气动系数与在前一个轨迹点所预测的同一轨迹点的气动系统进行对比，如果两个结果相差较大，则丢弃前一个计算周期中计算的轨迹数据，如果比较结果令人满意，则在轨迹上定义该数据点，在连续多次成功的预测之后，轨迹生成步长增加 1 倍，在每次预测错误后，轨迹生成步长减少 1 倍，轨迹生成步长的下限为求解运动方程的积分时间间隔。通过气动系数预估技术，每次获得一条轨迹的风洞运行时间减少了 25%到 50%[9]。
图 1.1 AEDC 4T 风洞捕获轨迹系统等轴测图Fig 1.1 AEDC 4T wind tunnel captivetrajectory system isometric图 1.2AEDC 4T 风洞捕获轨迹试验系统控制系统示意图Fig 1.2 AEDC 4T wind tunnel captivetrajectory system control system diagram该捕获轨迹试验系统的试验流程图如图 1.3 所示，整个系统由全尺寸分离体的气动系统，气动系数预估，全尺寸分离体力和力矩方程的求解以及输出计算结果几部分组成[11]。其中该系统使用的气动系统预估技术，减少轨迹生成所需的风洞试验时间的同时还保证了分离轨迹预测的精度，在每个轨迹生成周期中，当前轨迹点测量的气动系数与在前一个轨迹点所预测的同一轨迹点的气动系统进行对比，如果两个结果相差较大，则丢弃前一个计算周期中计算的轨迹数据，如果比较结果令人满意，则在轨迹上定义该数据点，在连续多次成功的预测之后，轨迹生成步长增加 1 倍，在每次预测错误后，轨迹生成步长减少 1 倍，轨迹生成步长的下限为求解运动方程的积分时间间隔。通过气动系数预估技术，每次获得一条轨迹的风洞运行时间减少了 25%到 50%[9]。
1 绪 论得分离轨迹，大大地缩短了风洞运行时间。以色列飞冲式高速风洞、美国 AEDC 的 4T 风洞[19,20]，南美的 CAL1.2 米风洞，其中印度 NAL1.2 米风洞的捕获轨迹试21]。这类在试验过程中能够实现轨迹连续运动的试验系机需要同时控制模型运动、求解运动方程和实时采集处数据。但试验效率也大大提高。
【参考文献】
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10 陈钦豪,陈洪;气动系数插值在捕获轨迹试验中的应用[J];气动实验与测量控制;1991年04期
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1 马东平;1.2米跨超声速风洞捕获轨迹试验装置控制系统的研制[D];国防科学技术大学;2002年
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