[发明专利]一种多元校准风洞天平数据的处理方法

说明书

本发明涉及风洞天平技术领域，具体涉及风洞天平校准，尤其涉及一种多元校准风洞天平数据的处理方法，包括确定初始线性矩阵，确定零载荷输出，确定附加载荷，确定最终载荷，根据得到的校准载荷进行确定校准矩阵。本发明通过对天平载荷进行预处理，再对天平进行校准从而提高数据测量的准确度，减少风洞天平在实际工作过程中的误差。利用该数据处理方法对天平进行处理，天平进行测量统计结果优于有现有技术中的数据处理方法，对具有明显非线性干扰的天平处理更具有优势。

技术领域

本发明涉及风洞天平技术领域，具体涉及风洞天平数据的校准，尤其涉及一种多元校准风洞天平数据的处理方法。

背景技术

风洞天平是风洞中用以测量气流作用在模型上的空气动力和力矩的测量设备，在风洞天平的使用中需要进行校准，当前对风洞天平的校准方法主要为分段曲线拟合单元校准方法。这个方法所采用的模型中，电桥输出定义为自变量，力和力矩分量定义为因变量。最小二乘法原理通常用在对所选数学模型的试验校准数据曲线拟合中，并且在这个过程中，正如通常应用那样，自变量假设是绝对正确的，因变量是有差错的。试验测量都有误差，任何设备校准的目的就是确保校准变量（力、力矩、压力、温度等）的值可知并具有一定的不确定度（误差的估算），这个不确定度远小于被校准设备的不确定度。当校准应变天平时，施加的载荷为校准自变量，它的值是已知的。这些施加的载荷引起整个天平结构的应力和应变，每个应变片桥处的应变产生惠斯登电桥的电输出，它与应变的大小成正比。因此，电桥输出取决于校准载荷，在回归分析中成为因变量。校准载荷，尽管不可能没有误差，但它最接近通常回归分析中假设的无误差自变量的条件。

现有技术中的校准方法要求试验加载设计结构为：所有分量以一个恰当的增量首先单独加载，然后与每个其他分量的二级恒定载荷一起重复相同的顺序，一次一个分量。这个方法也要求加载设计限制在最多加载两个分量，一个为可变载荷，另一个为不变载荷。后一个条件不适合分析用自动天平校准机采集的校准数据，因为对于大多数这些机器来说，非加载元力和力矩严格满足零的条件不实际。数据处理程序包含对每个加载序列的数据进行二阶或多阶多项式拟合。对于单载荷情况，一阶、二阶、三阶项的系数产生校准矩阵中所需的线性、二次项、三次项的主系数和干扰系数。第二序列叉积系数由第一序列系数（斜率）直线型曲线拟合斜率决定，第一序列系数（斜率）由初始曲线拟合，对应二级恒定载荷（单载荷情况等同二级恒定载荷为零）。

因此，现有的校准方法的前置条件较多并难以满足，极大的提高了风洞天平校准工作的难度，目前所采用的数据处理方法中所得到的天平公式系数平方干扰项及二次交叉干扰项在用到风洞试验中时将会出现失真情况，从而增大天平测量误差，对刚度较差、二次干扰较为严重的天平尤为明显。因此迫切需要提出一种新的数据处理方法，以解决目前所用数据处理方法带来的误差。

为了更加方便地进行风洞天平的校准，并提高校准地准确性，需要提出更为合理的技术方案，解决现有技术中存在的技术问题。

发明内容

为了克服上述内容中提到的现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种多元校准风洞天平数据的处理方法，旨在确定给定施加力和力矩分量与电桥输出之间关系的系数，通过该方法进行数据处理对于试验施加的载荷没有限制，更方便进行数据的处理。

为了实现上述目的，本发明具体采用的技术方案是：

一种多元校准风洞天平数据的处理方法，包括：

确定初始线性矩阵，通过对载荷系列中所有点去除初始点的载荷与输出进而确定初始线性矩阵；

确定零载荷输出，在额定激励电压下，通过天平姿态为0°的电桥输出进行确定；

确定附加载荷，采用矩阵和初始点桥路输出减去零载荷输出得到附加载荷，若附加载荷在允许容差范围内则直接确定最终矩阵；若附加载荷不在允许容差范围内，则将附加载荷加载到所有校准点的校准载荷上并得到新的暂定矩阵进而重新确定附加载荷，并进行迭代以得到容差范围内的附加载荷；