[发明专利]基于气浮轴承的非轴对称弹头风洞试验数据处理方法

说明书

技术领域

本发明属于试验空气动力学领域。更具体地说，本发明涉及一种一种基于气浮轴 承技术的非轴对称弹头风洞试验数据处理方法。

背景技术

基于气浮轴承的风洞试验技术是测量弹头小滚转气动力的重要手段。如图5所示， 该项试验技术利用气浮轴承自身旋转的机械阻尼很小的特点，使模型在风洞不吹风的条件 下做几乎无阻尼的自由旋转运动。因此，即使风洞试验中吹风产生的很小的滚转气动力作 用在模型上，也将引起模型转速的变化。试验中通过光学传感器能够测出模型转速随时间 的变化，经数据处理后得到滚转静力矩系数和滚转阻尼力矩系数。

现有技术中，基于气浮轴承技术的弹头风洞试验数据处理方法均针对传统的惯性 弹头，该弹头外形一般为轴对称，在飞行的过程中滚转静力矩不发生变化，可将其视为常 数。因此模型在风洞中受滚转静力矩和滚转阻尼力矩共同作用下的滚转运动方程为：

IdPdt-ClPqsDDVP-Cl0qsD=0]]>

其中，P为模型转速；I为模型滚转转动惯量；D为模型底部直径；V为来流速度；q为 来流动压；s为模型底部面积；C_lp为滚转阻尼系数；C_l0为滚转静力矩系数。根据这样一个滚 转运动方程，试验所测得的模型转速变化曲线经过传统的参数拟合数据处理方法处理后， 所得到滚转静力矩系数C_l0为一常数，即弹头飞行中的平均量。

然而，机动式弹头出于对高机动能力的要求，通常采用增加配平翼等方法改善其 机动性能，基本外形为非轴对称，同时弹头再入过程中的热烧蚀等作用也会带来外形的不 对称。非轴对称外形的弹头在飞行过程中滚转静力矩随着滚转角的变化而周期性变化，不 再为常数。因此，传统轴对称外形弹头的试验数据处理方法已不再适用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明基于气浮轴承风洞试验技术，克服现有传统轴对称弹 头风洞试验数据处理方法的不足，针对非轴对称弹头提供一种新的试验数据处理和分析方 法。该方法不仅能够获得试验模型在滚转运动中滚转静力矩系数的平均值；还能获得滚转 静力矩系数随滚转角动态周期性变化的规律；同时在数据处理过程中能得到理论仿真结 果，与试验结果形成相互验证。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于气浮轴承的非轴对称弹头风洞试验数 据处理方法，所述风洞试验中每一种风速和非轴对称弹头模型的俯仰角的组合为一个试验 状态，所述模型在不同的试验状态下进行自由滚转运动，包括以下步骤：

在确定一个试验状态下的滚转静力矩系数与滚转角变化量之间的关系时，包括：

仿真步骤：预设一个滚转静力矩系数的变化幅值，对模型的滚转运动控制方程进 行仿真模拟，得到所述模型的转速随时间t变化的仿真曲线；

匹配步骤：将所述模型的转速随时间t变化的仿真曲线与所述模型的转速随时间t 变化的试验曲线进行比较，确定所述仿真曲线与所述试验曲线最为匹配时的滚转静力矩系 数的变化幅值，作为实际滚转静力矩系数的变化幅值；以及

计算步骤：根据所述实际滚转静力矩系数的变化幅值得到所述滚转静力矩系数， 由此确定了当前试验状态下滚转静力矩系数与滚转角变化量之间的关系。

优选的是，其中，还包括以下步骤：

步骤一、选择一个试验状态，对所述试验状态进行工程估算，得到所述模型的以滚 转角变化来求解滚转静力矩系数的方程，其中，该方程中包括求解所述滚转静力矩系数所 需的未知量：滚转静力矩系数的变化幅值；