[发明专利]一种连续变马赫数的控制方法

说明书

本申请公开了一种连续变马赫数的控制方法，属于风洞试验特种装备控制技术领域。解决了现有技术无法实现柔板运动过程中马赫数型面控制，无法实现连续变马赫数功能的不足。本申请通过对多支点柔壁喷管机构动力学模型采用动力学仿真计算获取支点处各马赫数的支点位移及驱动力，形成柔壁喷管理论型面曲线；各马赫数的支点位移构建运动曲线，支点位移点作为关键点通过计算五阶多项式拟合逐一连接所有的位移控制点构成完整运动曲线。选择合适的伺服系统，采用多轴同步控制系统控制方法，实现了对柔壁喷管柔板成型控制，并通过激光跟踪仪和风洞试验对柔板成型曲线进行修正，使得柔壁喷管型面与理论气动型面高精度吻合，实现了马赫数的连续变化。

技术领域

本申请涉及一种变马赫数的控制方法，尤其涉及一种连续变马赫数的控制方法，属于风洞试验特种装备控制技术领域。

背景技术

随着航空航天技术的发展各种飞行器的设计研制，对风洞试验的依赖性越来越高。因此试验的需求也越来越高，对于风洞试验的效率进一步提高要求也越来越迫切，尤其是跨超声速阶段的性能指标，直接影响各种飞行器的设计性能的好坏，如何提高风洞控制性能指标，改善流场品质，提高风洞试验效率，获得高精度试验数据，是风洞控制的主要任务，不但对于飞行器同时也是发动机研制设计的基础。

目前风洞试验实现马赫数的改变，一是采用更换固定马赫数的喷管，二是采用柔壁喷管控制柔板的曲面变化，具体的试验方法是固定一个马赫数改变模型的姿态角度得到相应的气动数据，但是实际飞行器及航空发动机飞行时在某个状态下往往对速度的变化更为重视，因此采用控制方法，在短暂的时间内（30秒~60秒），控制喷管柔板的曲面连续变化实现一次吹风时间内呈现多个马赫数的改变，得到模型及配套的航空发动机随马赫数变化的气动特性。

马赫数的改变需要控制驱动装置驱动柔板连续改变喷管的喉道的截面面积，即确保喷管柔板运行过程中型面连续变化，实现马赫数的连续变化，现在越来越多的生产型风洞采用柔壁喷管技术，具有实现马赫数的连续变化的基础条件。

柔壁喷管是保证风洞流场品质、试验质量和马赫数的连续变化的关键设备。柔壁喷管在试验过程中的连续运行涉及结构、测控多个环节的使用安全。目前柔壁喷管的各支点的控制方法都是采用按等比例的控制规则，使用各支点不同的传动比进行型面控制，即电子齿轮的控制方式，这种方法可以实现固定马赫数的型面变化，但无法实现柔板运动过程中马赫数型面控制，无法实现连续变马赫数的功能。

针对上述柔壁喷管型面的控制方法的不足，亟需设计一种高效的连续变马赫数的控制方法 ，改变目前柔壁喷管型面控制的不足，实现连续变马赫数。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种连续变马赫数的控制方法，以解决现有技术无法实现柔板运动过程中马赫数型面控制，无法实现连续变马赫数功能的不足，本申请通过对多支点柔壁喷管机构动力学模型采用动力学仿真可识别参数化计算获取支点处各马赫数的支点位移及驱动力，形成柔壁喷管理论型面曲线；各马赫数的支点位移构建运动曲线，支点位移点作为关键点通过计算五阶多项式拟合逐一连接所有的位移控制点构成完整运动曲线。

本申请的技术方案是这样实现的：

一种连续变马赫数的控制方法，包括：

步骤一，拟合运动曲线：通过对多支点柔壁喷管机构动力学模型采用动力学仿真可识别参数化计算获取支点处各马赫数的支点位移、驱动力以及柔板运动过程中各支点处应力的变化曲线、柔板型面变化曲线；根据各马赫数的支点位移构建运动曲线，支点位移点作为关键点通过计算五阶多项式拟合逐一连接所有的位移控制点构成完整运动曲线，由于柔板上分布的支点形成不同，通过计算程序构建不同支点的运动曲线；

步骤二，应力监测：应力监测系统通过动力学可视化参数计算获取柔板的应力分布情况，根据应力分布的情况，应力的大小，作为应变片的粘贴的理论依据，设置应力阀值，作为柔板成型过程中的安全保护；

步骤三，柔板控制：采用虚拟轴+电子凸轮控制的方式实现柔板控制，