脉冲燃烧风洞新型悬挂式测力系统

针对高超声速风洞试验中存在的支架干扰问题和内式天平占用带动力试验模型内部功能性空间问题,提出新型悬挂式测力系统.该系统基于盒式天平原理,试验模型、响应拉杆和支撑框架分别作为浮动框、带传感弹性连杆和固定框,将三者作为测力系统的整体来开展研究,不单独设计内式天平.响应拉杆杆体设计为铰链形式,实现空气动力的机械分解,拉杆固定端为轮辐式结构,轮辐条上的应变计组为惠斯顿全桥,实现空气动力的电气分解.在流固耦合方面的计算结果表明,悬挂式测力方案相比传统方案在升力测量上的干扰降低了约11%,在模态、强度和刚度等方面均能满足脉冲燃烧风洞试验的要求.

基于结合部优化的脉冲燃烧风洞测力系统动态特性优化

对脉冲燃烧风洞测力系统动态特性进行优化有助于改善风洞测力实验数据的准确性。提出了一种基于结合部动态特性优化来改善测力系统整机动态特性的方法。首先在Ansys中准确建立了风洞测力系统整机有限元模型,其中采用弹簧-阻尼模型来模拟结合部的接触特性,通过Yoshimura法计算出弹簧-阻尼单元的刚度系数和阻尼系数。其次,进行模态分析,并计算各阶模态下的测力系统应变能密度分布,基于应变能密度分布分析发现结合部为测力系统刚度最为薄弱的地方。最后,以结合部接触面压为优化变量对测力系统进行动态特性优化,对比了优化前后测力系统的前五阶固有频率和天平应变片粘贴处的频响函数,发现优化后的整机固有频率较优化前有明显的提高,最高提高了16.7%,所有应变片粘贴处的频响函数幅值较优化前有明显的降低,测力系统的动态特性有了较明显的改善,验证了该优化方法的可行性。

脉冲燃烧风洞测力系统传力特性研究

脉冲风洞测力系统传力特性研究有助于评价风洞测力试验数据的准确性。目前,该类研究鲜见报道。针对力在测力系统中的传递难以测量及系统结构对传感器安装位置限制的特点,提出了一种基于有限元仿真的风洞测力系统传力特性分析方法。基于参数辨识的方法建立系统整机动力学模型,并对整机进行了模态试验,验证了该有限元模型的准确性;基于飞行动力学理论选取飞行器模型重心与天平间的传力特性来描述整机传力特性;在此基础上,进行谐响应分析,获得力在飞行器模型重心与天平浮动框间的传递特性;将飞行器模型所受气动力等效成模型重心处的集中力,并对其进行傅里叶变换,展开成一系列谐波力信号,基于重心-天平浮动框的传递特性计算各谐波力信号传递至天平浮动框后的大小;以天平测试分辨率为依据,筛选出未被天平识别的谐波力,并计算其能量占总体信号能量的百分比,以此来评估测力系统传力特性的好坏。分析结果表明,测力系统在轴向、径向与垂向具有良好的传力特性,能保证测力试验数据的可靠性。该方法可为测力系统测试精度预测与及测试误差影响因素分析提供技术支持,具有广阔的应用前景。

悬挂式测力天平频响函数研究

对风洞天平进行动态特性研究有助于评估天平结构设计的合理性,频响函数可以直观反映测试系统的动态特性。针对一种新型悬挂式测力天平,设计一种动态标定装置并进行了相关实验。采用电磁铁和砝码对飞行器模型施加负阶跃载荷,由输入载荷和天平输出辨识频响函数。辨识频响函数时,通过布莱克曼窗和数据段重叠对数据进行预处理以回避周期延拓问题。在时域中模拟了时域频响函数和输入数据乘积的输出曲线,数据在非振荡环节的相似度为91.7%,说明天平在低频下的线性度良好,满足工程要求。