飛機設計 動導數

2021-09-24 10:40:10 字數 1340 閱讀 3792

動導數是飛行器氣動力係數和氣動力矩係數對飛行器無因次旋轉角速度或姿態角變化率的導數,是飛行器研製控制系統設計和動態品質分析不可缺少的原始氣動引數,它是關係到飛行器的飛行品質、自動駕駛控制系統控制律設計以及安全飛行的乙個重要方面。長期以來,國內外空氣動力研究機構一直致力於飛行器的動導數風洞試驗技術研究和數值模擬分析工作,並為各類航空航天飛行器的研製提供了大量的基礎試驗資料。

現代先進戰鬥機和飛彈飛行包線的擴充套件,包括大攻角和帶側滑情況下的機動飛行,使得人們近年來對動穩定性研究更加重視。在這種飛行條件下出現的非線性流動現象會對飛機和飛彈的動穩定性特性產生強烈的影響。要**在此條件下飛行器的動態特性和設計其飛行控制系統,以及對飛機進行失速/尾旋分析,就必須知道其動穩定性導數(動導數)。另外,對飛機大攻角穩定性對飛機動導數的靈敏度分析表明,因縱向運動而產生的橫側導數,也就是交叉耦合導數,對飛機穩定性影響顯著。這表明了測量包括阻尼導數、交叉導數、交叉耦合導數在內的動導數的必要性。

這套動導數試驗系統的主要裝置是激振裝置。激振裝置分縱向激振裝置和橫向激振裝置兩套。通過改變支撐方式,或更換不同支桿,或改變激振裝置運動形式,縱向激振裝置可實現模型俯仰振動和公升沉振動;橫向激振裝置可實現模型滾轉振動、偏航振動和平移振動。兩套裝置的共同點均是由直流電機驅動乙個齒輪減速器,減速器的輸出軸與偏心滑塊機構相聯,通過偏心滑塊機構將轉動變成上下直線運動並向上傳遞,然後再通過不同支撐方式或不同機構分別實現模型的五種振動形式。激振裝置偏心滑塊的偏心距可無級調整,通過改變偏心距來改變振幅。整個裝置安裝在風洞下轉盤上,天平中心與轉盤中心重合。通過轉盤轉角和支桿轉動角的變化可組合出攻角和側滑角。 

為滿**叉導數、交叉耦合導數的測量,採用了桿式六分量天平。資料採集、處理系統由neff620/600資料採集裝置、v ax- ⅱ 微型計算機和pc微機組成,同時對六個通道的天平訊號和乙個通道的位移訊號進行採集、處理,可實時計算出動導數。 

neff620/600資料採集裝置的解析度為16位,具有取樣保持和程式控制增益等功能,最高取樣率為10萬次/秒。資料處理時由於天平訊號中有效訊號十分微弱,且常被淹沒在雜訊之中,通過模擬分析及試驗資料分析驗證,選擇了最優的小訊號分離檢測技術,有效地分離出真實的氣動力資料。採用全數位化採集處理方法比原用模擬式儀器可節省70%的風洞執行時間,並且在試驗過程中不需人工干預,避免了人為操作帶來的誤差和體力、精力的消耗,提高了自動化程度和試驗精度。 

作為乙個振動試驗系統,動導數測量應保證工作頻率遠離天平模型系統的固有頻率。這就要求天平模型系統的固有頻率要高。要達到這一條件,一是提高天平剛度,二是減輕模型重量。在現有測試技術水平條件下,天平剛度不可能有較大提高,所以減輕模型重量和慣量是提高系統固有頻率的主要手段。動導試驗模型一般採用玻璃鋼殼體加金屬骨架結構或者碳纖維殼體加金屬骨架結構,這樣既保證了有足夠的剛度和強度,又減輕了模型的重量和轉動慣量。

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