基于深度学习技术的激波风洞智能测力系统研究
发布时间：2021-06-11 07:00
高焓条件气动力测量试验对高超声速飞行器气动外形设计和优化起决定性作用.通常采用脉冲风洞（如激波风洞）产生高温、高压驱动气体以模拟高超声速高焓试验气流.在脉冲风洞对高超飞行器模型进行测力试验时,测力天平输出信号结果无法摆脱惯性载荷的干扰影响,其导致的测力模型低频振动问题基本无法通过滤波彻底解决,尤其对试验时间只有几毫秒的情况,六分量测力天平的结构设计研究受到了极大挑战.因此,对实现短试验时间条件高性能测力的深入研究发现,天平动态校准凸显重要性和必要性.本研究提出一种新的基于人工智能深度学习技术的单矢量动态自校准方法和智能测力系统概念,并应用于目前激波风洞测力试验中.该动校方法的最主要特点之一是对整体测力系统的校准,而非仅仅针对天平,并且保证校准的测力系统即为风洞试验对象,确保校准与应用的一致性.在测试评估中,测试样本和风洞试验验证均得到了较为理想的效果,大幅度低频振动干扰基本被消除,脉冲风洞测力的精度和可靠性得到了大幅提高.
【文章来源】：力学学报. 2020,52(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
激波风洞与传统低速风洞测力试验中天平有效输出信号
此外,SVDC具有便捷性,装置设备简单易用.进行动态校准时,FMS可位于风洞试验舱内部,也可整体置于风洞试验舱外部完成校准过程,保证了校准后的iFMS即为风洞试验采用FMS.一般的传统动态校准仅对风洞天平(FMS的一部分,或FMS的相似结构)进行动态加载、卸载,而实际在风洞吹风试验的FMS为测力模型、风洞天平和支撑结构,传统动态校准方法的对象与试验对象在组成结构上有较大差别甚至完全不同.众所周知,某一结构的振动特性(模态频率)与其质量和结构直接相关,因此尽管对风洞天平(或FMS相似结构)进行了高精度的动态校准但在风洞试验中改变FMS结构,将产生一定测量误差,甚至对结果无法评估.本研究中,动态校准的整套系统连接安装模式与风洞试验时完全一致.1.2 基于深度学习技术的动态特征建模
首先提出基于应变天平的“单矢量”加载方法,即针对风洞中实际吹风试验的FMS,在模型迎风面任意位置通过一根钢丝悬挂至十字加载支撑架上的任一悬挂点,实现施加一个矢量载荷并剪断实现卸载.目前的单矢量加载方法,其载荷大小、方向、作用点均不受一定约束,而传统动态校准悬挂砝码的方法中,施加载荷方向受到一定限制.此外,如果天平为多分量(三分量或六分量),则可实现多分量加载和卸载,其载荷数值由FMS中的高精度天平实时输出,即实现“自校准”.该方法可不必采用固定方向悬挂砝码,并且各分量载荷的分解是严格按照天平静态校准时的坐标系进行的.图2为单矢量加载阶跃载荷并实现自校准的示意图.新的SVDC方法不采用传统的悬挂砝码瞬间卸载的方式施加阶跃载荷,而是采用拉线(一般采用直径小于0.5 mm细钢丝)施加单矢量拉力并通过剪断拉线卸载实现阶跃载荷的方式,其载荷大小利用高精度静态校准的风洞天平直接读取,该单矢量拉力通过风洞天平直接输出分解为多分量力,其合力为单矢量拉力,施加的单矢量力F,由风洞天平按照静态校准时的体轴坐标系各个坐标轴方向,自动分解为多个分量力,力的大小由风洞天平实时测量输出且多个分量力的合力为所述单矢量力F.图3展示了单矢量加载后天平输出多分量的效果.因此,单矢量力的加载即可实现多分量阶跃载荷同时“定量”精确加载,更接近实际风洞吹风试验时的气动力加载方式,且精准度更高.动态校准精准度取决于风洞天平静态校准精准度,而传统悬挂砝码方法受到拉力方向和砝码精度影响较大,其带有载荷的拉线方向一般较难做到精确重合所选的坐标系,并且传统动态校准加载阶跃载荷一般只能对单个方向悬挂砝码载荷进行加载和卸载.
【参考文献】：
期刊论文
[1]高超声速飞行复现风洞理论与方法[J]. 姜宗林,李进平,胡宗民,刘云峰,俞鸿儒. 力学学报. 2018(06)
[2]JF12长实验时间激波风洞10°尖锥气动力实验研究[J]. 刘云峰,汪运鹏,苑朝凯,罗长童,姜宗林. 气体物理. 2017(02)
[3]长试验时间激波风洞测力技术研究[J]. 汪运鹏,刘云峰,苑朝凯,罗长童,王春,胡宗民,韩桂来,赵伟,姜宗林. 力学学报. 2016(03)
[4]长试验时间爆轰驱动激波风洞技术研究[J]. 姜宗林,李进平,赵伟,刘云峰,俞鸿儒. 力学学报. 2012(05)
[5]中国科学院高温气体动力学重点实验室研究进展[J]. 姜宗林. 力学进展. 2008(02)
[6]爆轰驱动高焓激波风洞及其瞬态测试技术的研究与进展[J]. 姜宗林,赵伟,林贞彬,俞鸿儒. 力学进展. 2001(02)
[7]多加速度计振动分离惯性补偿测力技术[J]. 程忠宇,陈宏,张琦. 流体力学实验与测量. 1999(04)
[8]高超声速气动试验的新进展[J]. 黄志澄. 气动实验与测量控制. 1993(01)
本文编号：3224063
【文章来源】：力学学报. 2020,52(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
激波风洞与传统低速风洞测力试验中天平有效输出信号
此外,SVDC具有便捷性,装置设备简单易用.进行动态校准时,FMS可位于风洞试验舱内部,也可整体置于风洞试验舱外部完成校准过程,保证了校准后的iFMS即为风洞试验采用FMS.一般的传统动态校准仅对风洞天平(FMS的一部分,或FMS的相似结构)进行动态加载、卸载,而实际在风洞吹风试验的FMS为测力模型、风洞天平和支撑结构,传统动态校准方法的对象与试验对象在组成结构上有较大差别甚至完全不同.众所周知,某一结构的振动特性(模态频率)与其质量和结构直接相关,因此尽管对风洞天平(或FMS相似结构)进行了高精度的动态校准但在风洞试验中改变FMS结构,将产生一定测量误差,甚至对结果无法评估.本研究中,动态校准的整套系统连接安装模式与风洞试验时完全一致.1.2 基于深度学习技术的动态特征建模
首先提出基于应变天平的“单矢量”加载方法,即针对风洞中实际吹风试验的FMS,在模型迎风面任意位置通过一根钢丝悬挂至十字加载支撑架上的任一悬挂点,实现施加一个矢量载荷并剪断实现卸载.目前的单矢量加载方法,其载荷大小、方向、作用点均不受一定约束,而传统动态校准悬挂砝码的方法中,施加载荷方向受到一定限制.此外,如果天平为多分量(三分量或六分量),则可实现多分量加载和卸载,其载荷数值由FMS中的高精度天平实时输出,即实现“自校准”.该方法可不必采用固定方向悬挂砝码,并且各分量载荷的分解是严格按照天平静态校准时的坐标系进行的.图2为单矢量加载阶跃载荷并实现自校准的示意图.新的SVDC方法不采用传统的悬挂砝码瞬间卸载的方式施加阶跃载荷,而是采用拉线(一般采用直径小于0.5 mm细钢丝)施加单矢量拉力并通过剪断拉线卸载实现阶跃载荷的方式,其载荷大小利用高精度静态校准的风洞天平直接读取,该单矢量拉力通过风洞天平直接输出分解为多分量力,其合力为单矢量拉力,施加的单矢量力F,由风洞天平按照静态校准时的体轴坐标系各个坐标轴方向,自动分解为多个分量力,力的大小由风洞天平实时测量输出且多个分量力的合力为所述单矢量力F.图3展示了单矢量加载后天平输出多分量的效果.因此,单矢量力的加载即可实现多分量阶跃载荷同时“定量”精确加载,更接近实际风洞吹风试验时的气动力加载方式,且精准度更高.动态校准精准度取决于风洞天平静态校准精准度,而传统悬挂砝码方法受到拉力方向和砝码精度影响较大,其带有载荷的拉线方向一般较难做到精确重合所选的坐标系,并且传统动态校准加载阶跃载荷一般只能对单个方向悬挂砝码载荷进行加载和卸载.
【参考文献】：
期刊论文
[1]高超声速飞行复现风洞理论与方法[J]. 姜宗林,李进平,胡宗民,刘云峰,俞鸿儒. 力学学报. 2018(06)
[2]JF12长实验时间激波风洞10°尖锥气动力实验研究[J]. 刘云峰,汪运鹏,苑朝凯,罗长童,姜宗林. 气体物理. 2017(02)
[3]长试验时间激波风洞测力技术研究[J]. 汪运鹏,刘云峰,苑朝凯,罗长童,王春,胡宗民,韩桂来,赵伟,姜宗林. 力学学报. 2016(03)
[4]长试验时间爆轰驱动激波风洞技术研究[J]. 姜宗林,李进平,赵伟,刘云峰,俞鸿儒. 力学学报. 2012(05)
[5]中国科学院高温气体动力学重点实验室研究进展[J]. 姜宗林. 力学进展. 2008(02)
[6]爆轰驱动高焓激波风洞及其瞬态测试技术的研究与进展[J]. 姜宗林,赵伟,林贞彬,俞鸿儒. 力学进展. 2001(02)
[7]多加速度计振动分离惯性补偿测力技术[J]. 程忠宇,陈宏,张琦. 流体力学实验与测量. 1999(04)
[8]高超声速气动试验的新进展[J]. 黄志澄. 气动实验与测量控制. 1993(01)
本文编号：3224063
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