发射式风洞自由飞试验中拍摄记录时间获取方法
【专利摘要】本发明公开了一种发射式风洞自由飞试验中拍摄记录时间获取方法，包括以下步骤：假设所述模型在到达风洞观察窗的前缘处的速度为零，则利用所述模型前缘从发射位置到风洞观察窗的前缘处的位移以及加速度计算模型的发射初速度。本发明根据试验模型的阻力系数、风洞流场参数以及风洞观察窗尺寸范围等参数即可实现对能够获得试验最大有效拍摄记录时间的模型发射初速度进行预估，无需在风洞中通过实际吹风试验反复调整发射初速度获得最大拍摄记录时间。根据预估所得到的发射初速度，可进一步预估出最大有效拍摄记录时间和可拍摄记录的模型最大角运动周期数。
【专利说明】发射式风洞自由飞试验中拍摄记录时间获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种发射式风洞自由飞试验中拍摄记录时间获取方法，可应用于发射 式风洞自由飞试验中。
【背景技术】
[0002] 风洞自由飞试验是飞行器动态特性研究中的一种重要手段。由于没有支撑干扰， 能比较真实的模拟飞行状态，且通过高速摄影可以对模型飞行状态进行直接观察，因此风 洞自由飞试验技术在飞行器动态特性研究中显示了独特的优越性。其试验原理是在保证风 洞试验与飞行状态的动力学相似情况下，真实地再现飞行器自由飞行状态下由非定常气动 力作用下的动态特性，能够对飞行器的运动特征进行直接记录和观察，同时基于气动参数 辨识技术，根据试验中高速摄像机拍摄记录的模型角位移和线位移数据，获得飞行器的静、 动稳定导数系数，以及阻力、升力系数等。此外，风洞自由飞试验还可用于研究多体分离问 题，如级间分离、子母弹抛撒等问题。对于面对称飞行器，通过风洞自由飞试验还可观察其 自由飞行状态下的横航向稳定性特性。
[0003] 但由于受风洞观察窗尺寸范围和模型尺寸缩比比例的限制，模型在风洞观察窗范 围内自由飞行的时间较短，因此若不能获得足够长的有效拍摄记录时间，将使风洞自由飞 试验记录的有效信息不足而影响对试验结果的准确分析，尤其是角运动周期数，通常要达 到2?3个周期才能保证气动参数辨识结果的精度。因此为了增加有效拍摄时间，除了在 模型设计方法上加以考虑，以及采用同步控制仪同时控制模型发射系统和高速摄像机，使 二者同步或延时启动两种方法外，通常采用发射装置迎气流方向将自由飞模型发射到试验 段风洞观察窗范围内，这样不仅能得到模型迎气流向上游飞行的轨迹，还可获得模型速度 减为零后顺气流往下游飞行的轨迹（模型前后方向不变，只是飞行方向改变，看起来像"倒 着向后飞行"），从而可获得更多的有效拍摄时间和角运动周期，这被称为发射式自由飞试 验。其可比另一种自由飞模型投放方法，也即悬挂式风洞自由飞试验，获得更多的拍摄记录 时间。但对于发射式自由飞试验，仍会出现模型未到达风洞观察窗前缘处即开始返回和飞 出风洞观察窗两种情况。前一种情况显然会使获得拍摄记录时间缩短，且返回时刻距离风 洞观察窗前缘越远损失的拍摄记录时间越多；后一种情况可能会拍摄到模型返回过程，但 会造成拍摄记录画面不连续，不但会损失有效的试验信息，对于提高气动参数辨识精度也 无太大作用。
【发明内容】
[0004] 针对上述技术问题，本发明提供了一种可最大程度获获取拍摄时间的发射式风洞 自由飞试验的拍摄记录时间获取方法。
[0005] 本发明的技术方案为：
[0006] -种发射式风洞自由飞试验中拍摄记录时间获取方法，所述方法包括以下步骤：
[0007] (1)获取模型的配平角CIt处的阻力系数CD、风洞流场来流动压CU、风洞观察窗直 径L1、模型质量m以及模型的参考面积s;
[0008] (2)计算所述模型在风洞流场中作自由飞行的过程中的阻力值为D=Cd·q〇0·s， 则所述模型在风洞流场中作自由飞行的过程中的加速度值为：a=-=CD'q-'S ; mm
[0009] (3)假设所述模型前缘在到达风洞观察窗的前缘处的速度Vt= 0,则所述模型前 缘从发射位置运动至所述风洞观察窗的前缘处的位移为L=LJL2，飞行时间?= -$，其中， L2为所述模型前缘从发射位置运动至所述风洞观察窗的后缘处的位移，VC1为所述模型的发 射初速度；
[0010] ⑷根据位移公式Z= ，以及卜-令，可进一步得k士将 步骤⑵中所得
【权利要求】
1. 一种发射式风洞自由飞试验中拍摄记录时间获取方法，其特征在于，所述方法包括 以下步骤： (1) 获取模型的配平角ατ处的阻力系数CD、风洞流场来流动压CU、风洞观察窗直径 L1、模型质量m以及模型的参考面积s; (2) 计算所述模型在风洞流场中作自由飞行的过程中的阻力值为D=CD*q〇0 *s，则所 述模型在风洞流场中作自由飞行的过程中的加速度值为, mm (3) 假设所述模型前缘在到达风洞观察窗的前缘处的速度Vt= 0,则所述模型前缘从 发射位置运动至所述风洞观察窗的前缘处的位移为L=LfL2，飞行时间?= 其中，L2S a 所述模型前缘从发射位置运动至所述风洞观察窗的后缘处的位移，Vtl为所述模型的发射初 速度； ⑷根据位移公式i=Q+ ，以及卜可进一步得％ = 士24仏+L1),将步骤 (2)中所?Ι
(5) 通过地面无风状态下的发射试验调试出能够使所述模型获得Vtl的发射压力，并且 该发射试验中使所述模型前缘到所述风洞观察窗的后缘处的距离与L2相等； (6) 根据所述步骤（5)中调试而得到的发射压力在风洞试验状态下发射所述模型，以 进行风洞自由飞试验。
2. 如权利要求1所述的发射式风洞自由飞试验中拍摄记录时间获取方法，其特征在 于，所述步骤（4)中，假设所述模型在从所述风洞观察窗的后缘处飞行至前缘处的时间为 t'，则最大有效拍摄时间为tm= 2t'，最大有效拍摄时间为k=2p^=2j-2?。
3. 如权利要求2所述的发射式风洞自由飞试验中拍摄记录时间获取方法，其特征在 于，所述步骤（4)中，还利用最大有效拍摄时间预估所述模型的最大角运动周期数η:获取 静导数系数Qu，得到历=J-Cmf5·'，其中，1为所述模型的参考长度，12为所述模型的俯 仰方向转动惯量，由此可得所述模型的俯仰角运动周期：
W可得 最大角运动周期I
4. 如权利要求1或2或3所述的发射式风洞自由飞试验中拍摄记录时间获取方法，其 特征在于，所述步骤（1)中，根据静态风洞吹风试验或数值模拟得到模型配平角ατ处的阻 力系数CD。
5. 如权利要求3所述的发射式风洞自由飞试验中拍摄记录时间获取方法，其特征在 于，根据静态风洞吹风试验或数值模拟得到静导数系数^?。
6. 如权利要求5所述的发射式风洞自由飞试验中拍摄记录时间获取方法，其特征在 于，根据静态风洞吹风试验或数值模拟得到的俯仰力矩系数仏"=%^其中aJPα2 CC^GC-^ 分别为C111-Ct曲线上配平角ατ前后的两个攻角值，和Cm.则分别为α 2对应的俯 仰力矩系数值。
【文档编号】G01M9/06GK104458202SQ201410773794
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】蒋增辉, 宋威, 贾区耀 申请人:中国航天空气动力技术研究院