[发明专利]外式强迫振动动导数试验的振动角位移测量装置及方法

说明书

本发明提供了外式强迫振动动导数试验的振动角位移测量装置及方法：在支杆一侧固定安装测量平台；所述测量平台上设有一个平面与支杆的轴线平行且垂直于支杆的横截面，记为激光测量平面；固定设置一个激光位移传感器，使得激光位移传感器发出的激光光线对着测量平面，所述激光测量平面在整个动导数试验过程中都能落入激光位移传感器的测量范围；定义激光位移传感器与激光测量平面之间沿激光光线方向的距离为线位移d，推导振动角位移θ与线位移d之间的关系式，通过静态标定方法确定振动角位移θ与线位移d之间的关系式；开展外式强迫振动动导数试验，测量记录线位移d的数据，按照步骤所确定的关系式间接计算得到振动角位移θ。

技术领域

本发明涉及一种用于外式强迫振动动导数试验的振动角位移非接触测量方法，用于动导数试验结果计算所需的振动角位移的测量，属于风洞试验技术领域。

背景技术

动导数是动稳定导数的简称。它们是飞行器6个气动系数(即三维直角坐标系中3个力和3个力矩系数)对飞行器姿态参数时间变化率的导数。飞行器的动导数数据是设计其导航系统和控制系统以及对飞行器进行动态品质分析时所需的重要原始参数。飞行器的动导数直接影响飞行品质，特别是影响到飞行器在机动飞机或急操纵时的飞行品质。

风洞中的动导数试验装置按驱动方式分为自由振动和强迫振动两种形式：自由振动可以测量直接导数，并同时测量静态力矩和极限环振幅；强迫振动可以测量直接导数和时差导数，并同时测量交叉导数。

强迫振动试验装置根据运动部件的不同，又可以分为内式强迫振动试验装置和外式强迫振动试验装置。(1)内式强迫振动试验。内式强迫振动试验使用激振器，通过连接到模型的力矩梁元件传递激振力，使模型和天平绕弹性铰链(或轴承)作简谐运动，并测量在特定的频率和振幅条件下，天平输出的气动力，和维持振荡的激振力矩，计算得到动导数数据。(2)外式强迫振动试验。外式强迫振动试验使用激振器，使模型、天平、支杆整体作简谐运动，并测量在特定的频率和振幅条件下，天平输出的气动力和模型实时的角位移，计算得到动导数数据。

动导数试验测量的关键是准确测量动态的力和力矩信号以及模型振动的位移信号。参加运算的是力、力矩和位移信号的幅值以及力、力矩信号与位移信号之间的相位差。

由于外式强迫振动试验的模型和支杆一起做简谐振动，所以一般通过测量支杆振动的角位移来反映模型振动的角位移。现有的测量方法主要是通过加装精密电位计等角位移传感器来测量支杆振动的角位移，角位移传感器需要与支杆同轴或并联安装，属于接触式测量方法。

随着现代驱动技术的发展，目前外式强迫振动动导数试验机构都采用伺服电机直接驱动支杆振动的方式，使用接触式测量方法测量角位移会对动导数机构设计和使用带来一定困难。由于伺服电机与支杆是同轴安装的，所以角位移传感器与支杆没有同轴安装的空间，如果通过转换连接实现同轴安装则同轴度较难保证。而将角位移传感器与支杆并联安装，则需要设计并联安装及传递的装置，并且并联传递后测量得到的实时角位移的精准度会有一定损失。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的上述不足，本发明提供了一种用于外式强迫振动动导数试验的振动角位移非接触测量装置及方法，解决使用接触式测量角位移传感器安装困难的问题。

本发明的技术解决方案是：外式强迫振动动导数试验的振动角位移测量方法，所述外式强迫振动动导数试验中支杆将被测模型支撑并带动被测模型绕沿支杆轴往复旋转振动，该方法包括如下步骤：

(1)、在支杆一侧固定安装测量平台；所述测量平台上设有一个平面与支杆的轴线平行且垂直于支杆的横截面，记为激光测量平面；

(2)、固定设置一个激光位移传感器，使得激光位移传感器发出的激光光线对着测量平面，所述激光光线与测量平面的法线方向之间的夹角足够小，其正切值能够采用该夹角角度值等效，所述激光测量平面在整个动导数试验过程中都能落入激光位移传感器的测量范围；