CN102519701A - 气动弹性车载试验平台系统 - Google Patents

Abstract

本发明气动弹性车载试验平台。本发明提供一种气动弹性试验中的模型支持、气流发生与调节，以及移动测试的综合试验平台系统。其应用对象是气动弹性(如静气弹发散、颤振、气动伺服弹性等)研究或其它空气动力学研究中的试验模型，可用于气动弹性或空气动力学的原理探索、性能测试和理论验证等的吹风试验。整个系统包括：车辆子系统、数据测控子系统、模型支持子系统。

Description

气动弹性车载试验平台系统

技术领域

本发明涉及一种气动弹性车载试验平台系统。可以用于模拟试验模型的飞行或运行状态，从而对试验模型的气动弹性原理、性能进行验证和测试。 

背景技术

暴露在气流中的结构都具有一定弹性，结构的弹性力、惯性力以及所受的气动力相互耦合会引起气动弹性力学问题。这类问题广泛存在于飞行器、风力机、高层建筑等结构中。传统的力学分析方法不考虑弹性力、惯性力、气动力三者的耦合作用。而真实情况是当这三者发生不利耦合时，结构稳定性下降，严重时发生失稳，其中只有气动力和弹性力耦合的失稳称为静气弹发散；气动力、弹性力和惯性力三者耦合的失稳称为颤振。目前研究结构气动弹性问题主要有两类途径：一类是数值计算，这需要对分析对象进行数学建模，此过程需要引入较多假设，难以考虑真实存在的各种非线性因素；另外，还有一些问题，其产生机理尚不明确，无法进行数学建模。种种原因导致数值计算的分析对象和运行状态受到了很大的限制；第二类途径是试验研究，包括风洞试验、飞行试验(针对飞行器)以及风场试验(针对风力机)。风洞具有风速状态可调，流场稳定等特点，但是风洞通常需要有较长的建造周期、较高的建造费用和运作费用，同时风洞地点固定、能耗大、噪声大。由于这些不利因素，限制了风洞试验方法的推广；飞行试验和风场试验也存在费时和昂贵的问题。 

发明内容

考虑到现有技术的上述问题，本发明人进行了深入研究，提出了一种气动弹性车载试验平台系统。 

与现有的试验方法相比较，将试验模型安装于汽车之上，利用车辆行驶产生相对气流进行气动弹性及空气动力学的试验及测量工作具有简单易行，耗费低的特点，非常适合用于相关领域的教学演示和研究性试验。综上所述，开展研究对象的气动弹性车载试验平台的开发是十分有必要的。气动弹性车载试验平台的优点包括：1)能对试验模型的空气动力学及气动弹性现象有更清晰形象的展示，以进一步加深对相关问题的理解和认识；2)对空气动力学及气动弹性问题的仿真分析结果进行对比校核；3)利用气动弹性车载试验平台来验证先进的飞行器等结构的综合设计方法。 

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的具体实现图。 

具体实施方式

如图1所示，根据本发明的一个实施例的气动弹性车载试验平台系统包括：车辆子系统(1)、数据测控子系统(2)、模型支持子系统(3)；其中，数据测控子系统(2)和模型支持子系统(3)安装于车辆子系统(1)上，试验模型(4)安装于模型支持子系统(3)之上。 

数据测控子系统(2)、模型支持子系统(3)由一辆汽车搭载，汽车本身构成车辆子系统(1)，基本试验状态为汽车以某速度匀速行驶，以产生相对于试验模型的来流速度。 

该平台的应用对象为可能发生空气动力学问题或气动弹性问题的各种试验模型(4)。试验模型(4)通过模型支持子系统(3)安装于车顶，用以模拟飞行器在空中飞行的来流条件或结构在风场中的来流条件。模型支持子系统(3)包括模型安装接口(6)和隔振台(5)。模型支持子系统(3)的模型安装接口(6)为可替换模块，提供各种规格的螺栓孔和安装夹具，适应各种模型的安装要求；隔振台(5)吸收、隔离来自路面和车辆的振动，为模型提供一个稳定的支持条件。隔振台(5)可以包括各种可调阻尼的减震器(如可调阻尼弹簧、可调阻尼空气弹簧)，隔振台(5)的底部安装于车辆承力结构上，隔振台(5)的顶部为模型安装接口。 

数据测控子系统(2)包括在车内安装的数据采集系统、观测计算机和控制计算机(工控机)。该系统设备可由诸如一个车载220V交流电源供电。试验模型(4)和数据测控子系统(2)之间由低噪声同轴电缆连接，用于传递数据。该系统可实现模型时域数据(结构加速度、速度、位移、应变、应力等)的测量和/或保存。数据测控子系统中的工控机可在对试验模型安装伺服作动系统(舵机及其反馈系统)时实现伺服系统的控制律。在加入伺服作动系统后，可以根据测量信号对带有作动系统的试验模型(4)进行操控，从而作为先进伺服控制理论的验证平台。为改善信号质量，提高信噪比，工控机与试验模型的伺服作动系统通过信号调理电路连接。 

本发明的上述系统可以对试验模型(4)的飞行或运行状态进行模拟，以及对试验模型(4)的空气动力学性能或气动弹性性能进行验证。 

本发明的有益效果主要体现在： 

1.本发明专利通过汽车行驶模拟真实试验模型所受的气动力，在一定程度上解决了目前模型吹风的困难，具有重要的实用价值； 

2.试验系统避免了常规结构有限元建模和仿真等过程中引入的大量简化假设，不仅可以大大减少工作量，而且可以完全考虑真实飞行器中各种复杂的非线性因素； 

3.本发明专利所提出的模型支持子系统的安装接口，属于可替换模块， 便于针对各种试验模型进行更换，具有较强的通用性； 

4.本发明专利所提出的试验系统，其原理科学合理，流程相对简单规范，成本低，具有很好的应用前景。 

Claims (5)

1.气动弹性车载试验平台系统，其特征在于包括：

车辆子系统(1)，用于搭载一个数据测控子系统(2)和一个模型支持子系统(3)，并产生相对于试验模型(4)的来流速度；

所述数据测控子系统(2)，用于测量和/或保存试验模型(4)的时域数据；

所述模型支持子系统(3)，用于把所述试验模型(4)安装于车辆子系统(1)的顶部，以模拟试验模型(4)在空中飞行的来流条件和/或在风场中的来流条件。

2.根据权利要求1的气动弹性车载试验平台系统，其特征在于所述模型支持子系统(3)包括

模型安装接口(6)，用于提供各种规格的螺栓孔和/或安装夹具，从而适应试验模型(4)的安装要求；

隔振台(5)，用于吸收、隔离来自路面和/或车辆子系统(1)的振动，为试验模型(4)提供一个稳定的支持条件。

3.根据权利要求2的气动弹性车载试验平台系统，其特征在于

所述隔振台(5)包括可调阻尼的减震器，

隔振台(5)的底部安装于车辆承力结构上，

隔振台(5)的顶部为模型安装接口。

4.根据权利要求1的气动弹性车载试验平台系统，其特征在于所述数据测控子系统(2)与试验模型(4)之间由低噪声同轴电缆连接以传递数据，且所述和数据测控子系统(2)包括：数据采集系统、观测计算机和工控机。

5.根据权利要求4的气动弹性车载试验平台系统，其特征在于所述工控机包括用于试验模型的伺服作动系统，从而实现伺服系统的控制律，用于根据测量信号对试验模型(4)进行操控。