一種基於應變信號近似熵的風洞試驗天平的評估方法
2023-07-16 23:43:11 3
一種基於應變信號近似熵的風洞試驗天平的評估方法
【專利摘要】一種基於應變信號近似熵的風洞試驗天平的評估方法，其做法主要是，在飛行器模型頂端內壁、模型框架和天平上分別安裝模型、框架、天平三向應變片，對三個片測出的各向應變信號進行傅立葉變換得到頻譜信號，進而計算出0～300Hz內六個頻帶的近似熵特徵值，再分別計算模型、框架同向應變信號的近似熵特徵值的差值，以及模型與天平同向應變信號的近似熵特徵值的差值；當各向的這兩種應變近似熵特徵值的差值均在規定範圍內時，評估結果判定天平的測試數據可信，否則判定不可信。從而保證風洞試驗時通過天平測出的模型的力學數據準確、可靠；為航空航天飛行器提供更準確、可靠的試驗數據。
【專利說明】—種基於應變信號近似熵的風洞試驗天平的評估方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及航空航天飛行器風洞試驗天平的校準與評估方法，尤其涉及一種基於應變信號近似熵的風洞試驗天平的評估方法。
【背景技術】
[0002]航空航天飛行器的研製過程中，為了了解飛行器性能、降低飛行器研製風險和成本，通常會進行風洞模型試驗。在各種試驗條件下對飛行器試驗模型受到的氣動力大小、力矩進行測量，是風洞試驗中最基本的實驗項目。其測試原理是，在風洞的底部固定一模型支座，模型支座的上端穿入試驗模型中與天平的固定端螺紋連接，天平的測量端與試驗模型中的模型框架螺紋連接；模型框架又通過螺栓固定連接試驗模型。試驗時，往風洞通入特定風速的氣流，試驗模型受到相應的氣動力和力矩的作用，該氣動力和力矩通過模型框架傳遞給支座上端的天平，由天平感應和測量出氣流作用在模型上的沿垂直坐標分解的三個氣動力和力矩分量。由天平感應和測量出六個自由度上的氣動力和力矩。將天平(受到)測出的氣動力和力矩推斷為試驗模型受到的氣動力和力矩。
[0003]由於氣動力和力矩從試驗模型向模型框架及天平傳遞時，試驗模型與模型框架的連接螺栓，模型框架與天平的連接螺栓，模型框架本身均會對傳遞的氣動力和力矩造成衰減和幹擾，導致風洞模型試驗中，氣動力和力矩的測試誤差大，精度低。因此，需要對天平校正或評估。
[0004]現有的天平校準技術多為在天平校準設備上，對天平施加標準載荷，並採集天平輸出信號，計算天平各分量的輸出信號與標準載荷的變化關係。這種校準方法周期長、步驟多，且只能對天平的靜態特性進行校準，無法對實際工況下天平的動態特性進行評估，導致實際工況下的風洞試驗的力學數據的準確度和可靠性難以確定，不能準確、可靠的評價航空航天飛行器的性能，也不能為航空航天飛行器提供準確、可靠的試驗數據。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種基於應變信號近似熵的風洞試驗天平的評估方法，該方法能夠實現實際工況下的航空航天飛行器風洞模型試驗中天平動態輸出特性的評估，使航空航天飛行器風洞模型試驗的氣動力和力矩的測試誤差在允許的範圍內，風洞實驗測出的力學數據更準確、可靠；從而能更準確、可靠的評價航空航天飛行器的性能，也能為航空航天飛行器提供更準確、可靠的試驗數據。
[0006]本發明為實現其發明目的所採用的技術方案是:一種基於應變信號近似熵的風洞試驗天平的評估方法，其步驟如下:
[0007]A、試驗前，在飛行器模型的頂端內壁、模型框架和天平上分別安裝模型三向應變片、框架三向應變片和天平三向應變片，模型三向應變片、框架三向應變片和天平三向應變片的信號輸出端均與信號調理儀相連；信號調理儀還通過數據採集設備與計算機相連；
[0008]B、模擬實際工況，對飛行器模型進行風洞試驗；試驗的同時，模型三向應變片、框架三向應變片和天平三向應變片將各自測出的應變信號fpv(t)以採樣頻率L通過信號調理儀送入計算機；其中P = 1，2，3，分別表示模型三向應變片、框架三向應變片和天平三向應變片上採集的應變信號，V = X, Y, Z分別表示三向應變片在X、Y、Z方向上採集到的應變信號，t= 1，2，3，...，Ν，代表信號fpv(t)的採樣點的序列數，N為總採樣點數；
[0009]C、計算機通過傅立葉變換將每路應變信號fpv(t)變換成頻譜信號Φρν(ω);其中ω = 1,2,…，L/2為頻率；並將每路頻譜信號Φρν(ω)在O~300Hz頻率段均分成六個頻帶，提取頻譜信號Φρν(ω)在頻帶i的應變信號的近似熵特徵值<，i = 1，2，…，6，i為頻帶的序號；
[0010]D、將由模型三向應變片得到的X、Y、Z方向上的應變信號在頻帶i的近似熵特徵值if、e；\ if與由框架三向應變片得到的X、Y、Z方向上在頻帶i的應變信號的近似熵特徵
值e,2X、e屍、分別按下式計算得到X、Y、Z方向上在頻帶i的模型應變與框架應變的相對差值 s:1—￥、sf-2)i\ s；'-2)Z ,elv — e2v
【權利要求】
1.一種基於應變信號近似熵的風洞試驗天平的評估方法，其步驟如下: A、試驗前，在飛行器模型(I)的頂端內壁、模型框架(2)和天平(3)上分別安裝模型三向應變片(la)、框架三向應變片(2a)和天平三向應變片(3a)，模型三向應變片(Ia)、框架三向應變片(2a)和天平三向應變片(3a)的信號輸出端均與信號調理儀相連；信號調理儀還通過數據採集設備與計算機相連； B、模擬實際工況，對飛行器模型進行風洞試驗；試驗的同時，模型三向應變片(la)、框架三向應變片(2a)和天平三向應變片(3a)將各自測出的應變信號fpv(t)以採樣頻率L通過信號調理儀送入計算機；其中P = 1，2，3，分別表示模型三向應變片(la)、框架三向應變片(2a)和天平三向應變片(3a)上採集的應變信號，v = X，Y，Z分別表示三向應變片在X、Y、Z方向上採集到的應變信號，t = I, 2，3，…，N，代表信號fpv(t)的採樣點的序列數，N為總採樣點數； C、計算機通過傅立葉變換將每路應變信號fpv(t)變換成頻譜信號Φρν(ω);其中ω=1,2,1, L/2為頻率；並將每路頻譜信號Φρν(ω)在O~300Hz頻率段均分成六個頻帶，提取頻譜信號ΦΡν(ω)在頻帶i的應變信號的近似熵特徵值，i = 1，2，L，6，i為頻帶的序號; D、將由模型三向應變片(Ia)得到的X、Y、Z方向上的應變信號在頻帶i的近似熵特徵值ef、ej3\ if與由框架三向應變片(2a)得到的X、Y、Z方向上在頻帶i的應變信號的近似熵特徵值<x、if、if分別按下式計算得到X、Y、Z方向上在頻帶i的模型應變與框架應變的相對差值S11—1X、S丨sf^2)Z ,
2.根據權利要求1所述的一種基於應變信號近似熵的風洞試驗天平的評估方法，其特徵在於:所述的步驟C中提取頻譜信號Φρν(ω)在頻帶i的應變信號的近似熵特徵值< 的具體做法是: Cl、提取每路頻譜信號Φρν(ω)在頻帶i內的頻譜信號(r(m)，其中m e M，M為頻譜信號C(m)的頻率點的集合，M= {1，2，…MO} ,MO為頻譜信號O)的最大頻率點；並計算出頻帶i內的頻譜信號f(m)的標準差 C2、令j e M且j關MO，得到頻率點j的二維矢量(UfvU))2，
【文檔編號】G01M9/06GK103940578SQ201410164546
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月22日 優先權日:2014年4月22日
【發明者】高宏力, 文娟, 張小慶, 黃海鳳, 許明恆, 李世超, 呂金洲, 黃曉蓉, 郭亮, 張一文 申請人:西南交通大學