一种模型自由飞试验的气动参数确定方法
【专利摘要】一种模型自由飞试验的气动参数确定方法，用于模型自由飞试验（包括风洞自由飞试验、大气自由飞试验等）中，对在风洞中（或大气中等）自由飞行的模型在平面运动的情况下，其质心在水平方向和竖直方向的线位移、模型俯仰角随时间变化的拍摄记录观测值，采用时间多项式法进行拟合，从而获得模型质心线位移、线速度、线加速度以及俯仰角位移、角速度、角加速度随时间的变化规律，进而得到模型飞行中的阻力系数、升力系数以及俯仰力矩系数随时间的变化规律。本发明拓展了模型自由飞试验数据处理方法的应用条件和范围，可以在较为广泛的应用条件和范围内实现对试验记录数据的处理，获取模型的气动参数和运动规律。
【专利说明】一种模型自由飞试验的气动参数确定方法【技术领域】
[0001]本发明提供了一种模型自由飞试验的气动参数确定方法，应用于平面运动情况下模型自由飞试验气动参数的确定，适用范围包括风洞自由飞和大气自由飞试验等。
【背景技术】
[0002]在平面运动情况下，模型自由飞试验记录的数据为模型质心线位移及俯仰角位移一时间观测值{Xi，ti}i=m {Υ?> til 1=1,2, -N Θ i，tj i=1，2，…N,通常米用参数微分法或二周期法的单自由度形式，以及升、阻力系数与攻角的关系式对记录数据进行参数辨识，从而得到升、阻力系数和动、静稳定导数等气动参数。但在飞行器的气动力规律与模式不太明确的情况下，如发动机尚未关车、或导弹尚未完全脱离发射架，以及其他存在外部能量输入的情况下，此时飞行器的气动力规律与模式较为复杂，上述常采用的模型自由飞试验气动参数辨识方法已无法适用。这类情况下气动参数的获取就成为一个难题。此外，以往的自由飞试验数据辨识方法通常是直接获得升、阻力系数以及气动导数系数的数值，或者是与攻角之间的关系，无法获得模型质心线速度、线加速度及角速度和角加速度随时间的变化规律，因而无法对模型飞行中随时间变化的运动规律进行分析。
【发明内容】
[0003]本发明技术解决的问题是:克服现有技术的不足，提供了一种模型自由飞试验的气动参数确定方法，弥补现有模型自由飞试验气动参数辨识技术的不足，解决了在平面运动情况下的模型自由飞试验中，在飞行器 的气动力规律与模式不太明确，使得通常采用的参数微分法和三周期法，以及升阻力系数辨识方法无法适用的情况下，如何确定气动参数的问题。
[0004]本发明的技术解决方案为:
[0005]一种模型自由飞试验的气动参数确定方法，所述气动参数包括模型的阻力系数、升力系数以及俯仰力矩系数，步骤如下:
[0006](I)在模型自由飞试验中，对自由飞的模型飞行轨迹进行图像记录，之后通过图像处理得到模型质心线位移序列{x” tJi=1，2，...N、{yi, tji=1，2，…N和俯仰角位移序列{ θ i; tj
;其中，Xi为模型水平方向线位移，yi为模型竖直方向线位移，Qi为模型俯仰角位移，ti为时间点，N为获取的位移序列数；
[0007](2)对步骤(I)中得到的质心线位移序列和俯仰角位移序列分别做时间多项式拟
BBOBBl
合，得到质心线位移与时间的关系式- = Σ"/、y = YabIt'以及俯仰角位移与时间的关系
r=0?=0
BB 2
式6? = [c/ ；其中，BBO、BBl和BB2分别为线位移x、y和角位移Θ时间多项式的最高次
?=0
幂；a1、bi和Ci均为拟合系数，分别由拟合结果确定；
[0008](3)根据步骤(2)中得到的质心线位移与时间的关系式以及俯仰角位移与时间的关系式，分别对时间求一阶导数，即可得到质心线速度与时间的关系式.+ ζΣ。/—1、
/=1
BBlBBI
y = Σ~Μ以及俯仰角速度与时间的关系式6 = Σ#Μ ;i=\ /=1
[0009](4)根据步骤(2)中得到的质心线位移与时间的关系式以及俯仰角位移与时间的关系式，分别对时间求二阶导数，即可得到质心线加速度与时间的关
BBO删
系式文=2、=2以及俯仰角加速度与时间的关系式
i=2 i=2
θ JfjH1-\)cr2\
i=2
BBOBBl
[0010](5)根据公式 CjjOdV-W-2、Q= CwJ = Cn.X/'(/-W2 和
i=2 i=2
BB 2
Cm=CllJ = Cl_Σ屮-仏/ 2确定阻力系数Cd、升力系数Cl以及俯仰力矩系数Cm ;其中，系
1 = 2
数Cxx=Cyy=m/Q00 s,),系数Cmm=Iz/Q00 s山)，m为模型质量,Iz为模型俯仰转动惯量，q --为来流动压，Sr为模型的参考面积，Ir为模型的参考长度。
[0011 ] 模型质心线位移序列中，相邻两个质心线位移之间的时间间隔相同,俯仰角位移序列中，相邻两个俯仰角位移之间的时间间隔相同，所述相邻两个质心线位移之间的时间间隔与所述相邻两个俯仰角位移之间的时间间隔相同。
[0012]本发明与现有技术相比的有益效果为:
[0013]1、本发明将时间多项式拟合法应用在模型自由飞试验的数据分析中，拓展了模型自由飞试验的数据处理方法的应用条件和范围。该方法不但可以在通常采用的参数微分法和三周期法，以及升阻力系数辨识方法能够使用的情况下完全适用，而且在上述方法无法适用的情况下仍然适用，因此其可以在更为广泛的应用条件和范围内实现对试验记录数据的处理，以获取模型的气动参数和运动规律。
[0014]2、通过对模型线位移、角位移的时间多项式拟合表达式进行求导，获得模型线速度、线加速度、角速度、角加速度与时间的关系式，从而可获得模型飞行中的运动规律，这是与其他模型自由飞数据分析方法相比所独有的特点。升、阻力系数及俯仰力矩系数与时间的关系式也可获得。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明流程图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】进行描述。
[0017]本发明可以实现在模型自由飞情况下对试验记录数据的分析，并获得模型升、阻力系数、俯仰力矩系数等气动参数。该方法可以获得模型质心线位移、线速度、线加速度以及模型俯仰角位移、角速度、角加速度与时间的关系表达式，从而实现对模型飞行中的运动规律进行分析。此外，该方法在通常采用的参数微分法和三周期法，以及升阻力系数辨识方法能够应用的情况下也完全适用，因此其可作为上述方法分析结果的一种验证方法。
[0018]如图1所示，本发明提供的一种模型自由飞试验的气动参数确定方法(模型自由飞试验是使得模型在风洞气流中(或大气中)进行自由飞行，通过测量模型的运动轨迹、姿态角等的时间历程，反算出作用在模型上的气动参数的试验方法)，所述气动参数包括模型的阻力系数、升力系数以及俯仰力矩系数，其特征在于步骤如下:
[0019](I)在模型自由飞试验中，对自由飞的模型飞行轨迹进行图像记录，之后通过图像处理得到模型质心线位移序列{x
【权利要求】
1.一种模型自由飞试验的气动参数确定方法，所述气动参数包括模型的阻力系数、升力系数以及俯仰力矩系数，其特征在于步骤如下: (1)在模型自由飞试验中，对自由飞的模型飞行轨迹进行图像记录，之后通过图像处理得到模型质心线位移序列Ui, tJi=1，2，...N、{y” tji=1，2，…N和俯仰角位移序列{ Θ i，tJi=1，2，...N;其中，Xi为模型水平方向线位移，Yi为模型竖直方向线位移，Θ i为模型俯仰角位移，\为时间点，N为获取的位移序列数； (2)对步骤(1)中得到的质心线位移序列和俯仰角位移序列分别做时间多项式拟合，
2.根据权利要求1所述的一种模型自由飞试验的气动参数确定方法，其特征在于:模型质心线位移序列中，相邻两个质心线位移之间的时间间隔相同,俯仰角位移序列中，相邻两个俯仰角位移之间的时间间隔相同，所述相邻两个质心线位移之间的时间间隔与所述相邻两个俯仰角位移之间的时间间隔相同。
【文档编号】G01M9/00GK103471803SQ201310449345
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】蒋增辉, 宋威 申请人:中国航天空气动力技术研究院