一种提高风洞动态试验数据质量的模型姿态控制和测量技术

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaAug．252016Vol37No82426-2435ISSN1000—6893CN11-1929／Vhttp：／／hkxbbuaa．eduCRhkxb@buaa．educn一种提高风洞动态试验数据质量的模型姿态控制和测量技术刘志涛1’2～，孙海生21．西北工业大学航空学院，西安7100722．中国空气动力研究与发展中心，绵阳621000摘要：低速风洞动态试验装置通常采用“电机+减速器+偏心机构+线性传动机构”的方式，存在传递环节多

2、、机械间隙大等问题，给模型运动的精确控制和模型姿态的精确测量带来较大困难。为满足大型客机等大飞机对低速风洞动态试验的要求，基于现有的静态试验通用支撑平台，采用“电子凸轮”技术，建立了一套迎角／侧滑角解耦、可进行飞机小振幅动导数和大振幅非定常气动特性研究的动态试验装置。利用该动态试验装置进行了某飞机大尺度动态试验模型动导数试验和大振幅振荡试验，获得了试验数据的重复性，并研究了动态试验数据和静态试验数据之间的相关性。试验结果表明：利用该装置获得的某飞机动态试验数据重复性较好、规律合理，能满足大型飞机动态试验要求。

3、关键词：大型飞机；动导数；非定常气动力；风洞试验；支撑装置中图分类号：V211．7文献标识码：A文章编号：10006893(2016)08—2426—10飞机的动态气动特性(如动稳定特性和非定常气动特性)是影响飞机舒适性和安全性的重要气动因素口]。风洞模型动导数试验和大振幅振荡试验是研究飞行器动态气动特性的两种重要试验手段，分别用于获得飞行器的动稳定特性和非定常气动特性。这两类试验的共性技术如下：利用试验支撑装置将模型置于风洞试验段中心，通过激振装置使模型绕其体轴以给定的角振幅和频率运动(如简谐振荡运动)，采

4、用角度测量传感器记录模型姿态角的时间历程，利用置于模型内部的应变天平同步测量模型所受气动载荷的时间历程。由此可见，合理的模型支撑技术、精确的模型运动控制技术和模型姿态实时高精度测量技术是决定风洞动态试验数据精准度的关键技术。国外低速风洞配备了多种动态试验设备。比较典型的有美国NASA兰利研究中心18In×9In全尺寸风洞的刚性强迫振荡装置[2。5]、德国的机动振荡态天平口“]、法国莫当S1MA风洞的飞行力学研究装置口’7]、瑞典航空研究院的03．6In低速风洞动导数试验装置[8]、俄罗斯中央流体动力研究院在T

5、一103等风洞开发的小振幅动导数试验系统和大振幅强迫振荡试验系统[9]。为满足航空飞行器动态气动特性研究需求，国内空气动力试验研究机构相继开发了多种低速风洞动态试验平台。比较典型的有中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所4In×3ITI低速风洞的96型动导数试验系统11⋯、中国航空收稿日期：2016—02—17：退修日期：2016—03—10；录用日期：2016—05—23；网络出版时间：2016—06-0708：30网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／111929V201606

6、070830002html*通讯作者Tel：0816-2461906E．mail：liuzhitao@cardccn}

7、用榕武：翱志涛．孙海生一种提高风涌动态试验数据质量的模型姿态控钢和涌量技术iJI航空学报，2016．37(8)：2426-2435LIUzT。SUNHSAmodelattitudecontrolandmeasurementtechniqueforimprovingqualityofwindtunneldynamictestdata[JJ．Ac-taAeronauticaetAstronaut

8、icaSinica，2016，37(8)：2426-2435．刘志涛，等：一种提高风洞动态试验数据质量的模型姿态控制和测量技术2427工业空气动力研究院FL一8风洞的动导数试验系统⋯1和南京航空航天大学H一2风洞配套的动态试验系统u2I。综观国内外低速风洞动态试验技术可以看到，大量使用了“电机+减速器+偏心机构+线性传动机构”的方式来实现试验模型所需的振荡运动：由电机驱动齿轮减速器，减速器的输出轴与偏心滑块机构相联，通过滑块机构将转动变成驱动杆的直线运动，再通过不同的支撑方式或机构分别实现模型不同的振荡运动形

9、式，通过改变偏心滑块机构的偏心距来改变模型运动振幅。风洞试验表明[131“，采用这种多级机械传动的方式，由于机械间隙、安装误差和级间误差传递等因素，使得试验模型的振荡运动存在较大的误差，特别是随着装置使用时间增长，机械磨损造成问隙加大，模型的运动形态与给定的运动函数偏离更大。此外，采用这种传动方式时，通常使用线位移传感器，由位移转换得到角度的方式测量模型运动角度历程，这种间接测量的方式易受机械间隙和