地效飞行器近水面飞行稳定性模型水池试验装置及方法与流程

本发明属于地效飞行器近水面飞行稳定性分析方法领域，具体涉及一种地效飞行器近水面飞行稳定性模型水池试验方法。

背景技术：

地效飞行器在近水面巡航飞行时，在风浪联合作用的环境下存在许多外来干扰：近水面的随机风和切变风扰动，波浪对地效飞行器的可能撞击形成剧烈的随机干扰都会造成地效飞行器产生较明显的运动变化，若近水面飞行稳定性不足使地效飞行器产生明显抖动，导致地效飞行器舒适性较差，甚至飞行不安全。

为了研究地效飞行器近水面飞行稳定性,目前主要有以下几类方法：固定地板法和活动地板法。

固定地板法通过在风洞吹风模型下面放置可变高度的固定平板来模拟飞行器距地面不同高度飞行时地面效应对飞行器的影响,其存在的同样问题是只能模拟水平地面，且采用固定地板法时，由于存在地板边界层，不能真实模拟飞机近地飞行状况，使得试验结果失真。为降低边界层流动对实验结果的影响，通常需要对实验结果进行修正或者采用吸气地板来消除边界层流动。

目前，该方法通过在风洞吹风模型下面放置可变高度的传送带装置(活动地板)来模拟飞行器距地面不同高度飞行时地面效应对飞行器的影响。活动地板法能够避免飞行器下面的传送带上出现边界层流动,因此能够更加真实地模拟在地面上空飞行时地效飞行器周围的流动状况但是传送带的运动速度受到机构限制不能太高,一般在3以下,因此无法模拟飞行速度较高的状况活动带的运行速度和方向与来流一致，不会产生边界层，实验精度较高。其缺点是受传送带的运动速度影响，无法模拟飞行速度较高的状态，且同样难以模拟波浪水面的影响。

地效飞行器近水面飞行稳定性模型水池试验可在拖曳水池开展一系列波浪环境下近水面飞行稳定性模型试验，可模拟各种波浪环境以及地效飞行器周围气流对水面造成的外形，由此分析地效飞行器近水面飞行实机稳定性。目前还未有一种实用的地效飞行器近水面飞行稳定性模型水池试验方法。

技术实现要素：

发明目的

为解决上述技术问题，本发明提供了一种地效飞行器近水面飞行稳定性模型水池试验方法以分析地效飞行器近水面飞行稳定性。

发明技术解决方案

为了实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案：

地效飞行器近水面飞行稳定性模型水池试验装置，包括全机模型和试验设备；

全机模型由重心支杆、纵向限位装置和升沉杆组成的滑动装置安装在水动力高速试验拖车系统下方的适航仪上，其中，纵向限位装置安装在适航仪上，升沉杆与重心支杆固定连接，重心支杆端部与全机模型活动连接；全机模型前端的导航片与固定在适航仪上的导航杆相配合；全机模型尾部固定有干扰施加绳；

试验设备包括设置于全机模型的前方的录像机，试验数据采集系统和拉线式位移传感器安装在水动力高速试验拖车系统内，惯性测量单元安装在全机模型内，通过数据传输线缆将试验数据采集系统分别与惯性测量单元和拉线式位移传感器相连。

优选的，重心支杆与全机模型的活动连接点位于全机模型重心位置点，使全机模型能绕重心位置点自由俯仰转动。

优选的，重心支杆与全机模型采用铰链连接。

优选的，使用录像机控制系统控制录像机的打开与关闭，以及录像控制。

优选的，使用录像机固定支架将录像机安装在水动力高速试验拖车系统下方，并保证录像机在试验过程中不发生明显颤动。

地效飞行器近水面飞行稳定性模型水池试验方法，包括如下步骤：

步骤1：打开试验数据采集系统将拉线式位移传感器测量的初始值设置为零，并对惯性测量单元测量的纵倾角设置初始值；

步骤2：试验时，试验数据采集系统开始实时采集惯性测量单元测量的纵倾角数据，以及拉线式位移传感器测量的模型重心处升沉的数据；

步骤3：水动力高速试验拖车系统开始运行，水动力试验高速拖车系统在轨道上运动时带动在水面上的全机模型以同一速度运动，当拖车加速达到试验要求的运行速度后，将拖车运行速度持续稳定在该拖曳速度极小的变化范围内，记录相关参数；

步骤4：由人工通过干扰施加绳对全机模型施加低头纵向干扰，并对全机模型运动情况进行录像，每次试验结束后，记录各录像机中本次录像编号。

优选的，步骤3中的相关参数包括拖车速度、襟翼偏转角度和升降舵偏转角度。

优选的，步骤3中拖车运行速度稳定后的速度变化量控制在2‰范围内。

本发明的优点

本发明的优点在于：

本发明专利能广泛地应用于地效飞行器等水面飞行器近水面飞行稳定性分析，支撑我所系列地效飞行器发展奠定技术基础，具有较为广阔的市场前景。

附图说明

图1为本发明的地效飞行器近水面飞行稳定性模型水池试验装置的结构示意图。

图中：1-全机模型，2-录像机，3-导航片，4-导航杆，5-升沉杆，6-试验数据采集系统，7-重心支杆，8-适航仪，9-纵向限位装置，10-录像机固定支架，11-拉线式位移传感器，12-惯性测量单元，13-水动力高速试验拖车系统，14-干扰施加绳。

具体实施方式

结合发明内容概述和附图，详细说明本发明的具体实施方式。

地效飞行器近水面飞行稳定性模型水池试验装置，包括全机模型1和试验设备。

a)全机模型1的安装：

将全机模型1由重心支杆7、纵向限位装置9和升沉杆5三者组成的滑动装置，安装在水动力高速试验拖车系统13下方的适航仪8上，其中，纵向限位装置9安装适航仪8上，升沉杆5与重心支杆7固接，重心支杆7端部与全机模型1活动连接，该滑动装置保证全机模型能在一定范围内上下运动，并且重心支杆7与全机模型1的活动连接点取全机模型1重心位置点，并采用铰链连接，则全机模型1能绕重心位置点自由俯仰转动。水动力高速试验拖车系统12底部的导航杆4与全机模型1前端的导航片3上的槽相配合以防止在试验过程中模型产生偏航，并在试验中保证全机模型1无明显横倾。在全机模型1尾部固定干扰施加绳14，由人工通过干扰施加绳14对全机模型1施加低头纵向干扰。导航杆4固定在适航仪8，适航仪8固定在水动力高速试验拖车系统13上。

b)试验设备安装：

与全机模型1近水面飞行水池试验相关的设备有录像机2、录像机控制系统15、惯性测量单元12、试验数据采集系统6和拉线式位移传感器11，在位于全机模型1的前方安装录像机2，并保证从录像机2中能直观地观察全机模型1在试验过程中运动情况，这样当模型出现异常运动情况，试验人员可判断是否需要停止试验以保证试验安全，使用录像机控制系统15控制录像机的打开与关闭，以及录像控制。使用录像机固定支架10将录像机2安装在水动力高速试验拖车系统13下方，并保证录像机在试验过程中不发生明显颤动。试验数据采集系统6和拉线式位移传感器11安装在水动力高速试验拖车系统13内，惯性测量单元12安装在全机模型1中，通过数据传输线缆将试验数据采集系统6分别与惯性测量单元12和拉线式位移传感器11相连。

c)采用地效飞行器近水面飞行稳定性模型水池试验装置进行全机无动力模型水池试验的方法：

打开试验数据采集系统6将拉线式位移传感器11测量的初始值设置为零，并对惯性测量单元12测量的纵倾角设置初始值。

试验时，试验数据采集系统6开始实时采集惯性测量单元12测量的纵倾角数据，以及拉线式位移传感器11测量的模型重心处升沉的数据。而后水动力高速试验拖车系统13开始运行，水动力试验高速拖车系统13在轨道上运动时带动在水面上全机模型1以同一速度运动，当拖车加速达到试验要求的运行速度后，将拖车运行速度持续稳定在该拖曳速度极小的变化范围内，速度变化量控制在2‰的范围内，记录拖车速度、襟翼偏转角度和升降舵偏转角度等参数，此时由人工通过干扰施加绳14对全机模型1施加低头纵向干扰,并对全机模型1运动情况进行录像，每趟试验结束后，记录各录像机中本次录像编号。待整个试验结束后，根据一系列试验状态下全机模型1纵倾角、重心升沉变化曲线，分析得到全机模型1施加干扰前后纵倾角、重心升沉变化值。而后数据分析处理人员应分析所收集施加干扰前后纵倾角、重心升沉变化值的有效性，剔除失效数据。最终确定一系列试验状态下全机模型1施加干扰前后纵倾角、重心升沉变化值，并由此分析实机近水面飞行稳定性。