CN107860551A - 一种快速校正风洞试验模型侧滑角零点的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速校正风洞试验模型侧滑角零点的方法，包括如下步骤：第一步、在风洞中确定一个侧滑角为零点的铅垂基准平面；第二步、以铅垂基准平面为基准，在试验模型和模型支撑机构上分别形成激光投影直线；第三步、调整试验模型或者模型支撑机构的侧滑角位置，将其左右对称中心与第二步形成的激光投影直线对齐，使得试验模型或者模型支撑机构位于侧滑角零位；第四步、估算试验模型和模型支撑机构的侧滑角零点定位误差。与现有技术相比，本发明的积极效果是：在风洞现场使用方便、可以适应不同类型的风洞，操作方便；在大尺寸风洞中，侧滑角调节灵敏度和定位精度高。
Description
技术领域
本发明涉及空气动力学风洞试验技术领域，尤其涉及风洞试验中侧滑角的零点校正问题。
背景技术
风洞试验过程中，需要准确测量试验模型的姿态角。除试验模型俯仰角以外，模型的侧滑角状态也会影响到其气动数据。为了确保风洞试验的数据质量，许多型号试验都需要在试验前确定模型在风洞中的零度侧滑角基准。
目前，还没有方法能够快速高效地在风洞现场对试验模型的侧滑角零点进行校正。一种可行的做法是利用激光跟踪仪在风洞中对模型的支撑机构进行侧滑零点校正，但这是一项十分耗时和繁琐的工作，一般在生产性风洞中每年只进行一次。模型支撑机构的零点校正周期过长，不利于保证风洞试验的数据质量；而且由于试验模型在支撑机构上本身存在安装角，支撑机构进行侧滑零点校正以后，并不能保证试验模型也处于侧滑角零点状态。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种快速校正风洞试验模型侧滑角零点的方法，采用了一种光学校正方法，可以方便、快速地在风洞现场确定试验模型和支撑机构的零度基准，具有操作方便、适应性好等优点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种快速校正风洞试验模型侧滑角零点的方法，包括如下步骤：
第一步、在风洞中确定一个侧滑角为零点的铅垂基准平面；
第二步、以铅垂基准平面为基准，在试验模型和模型支撑机构上分别形成激光投影直线；
第三步、调整试验模型或者模型支撑机构的侧滑角位置，将其左右对称中心与第二步形成的激光投影直线对齐，使得试验模型或者支撑机构位于侧滑角零位；
第四步、估算试验模型和模型支撑机构的侧滑角零点定位误差。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
1、在风洞现场使用方便、可以适应不同类型的风洞，操作方便；
2、在大尺寸风洞中，侧滑角调节灵敏度和定位精度高。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是激光器在风洞中的安装示意图，图中：1为激光投线仪、2为试验段下壁板、3为试验模型、4为支撑机构。
图2是激光器在风洞上下壁板的投影示意图，图中：1为激光投线仪、2为试验段下壁板投影线、3为试验段上壁板投影线、4为试验模型、5为支撑机构。
图3是激光器在试验模型和支撑机构上的投影示意图，图中：1为试验模型、2为试验模型表面的投影线位置、3为试验模型头部的中心点位置、4为模型支撑机构、5为支撑机构中心线位置、6为支撑机构表面投影线位置。
图4是侧滑角零点误差估计原理意图，图中：1为试验模型旋转中心、2为模型支杆尾端、L为模型旋转中心到支杆尾端的距离。
具体实施方式
如图1所示，一种快速校正风洞试验模型侧滑角零点的方法，包括如下内容：
第一步，利用光线在空气中直线传播的特性，在风洞中确定一个侧滑角为零点的铅垂基准平面，具体操作如下：
在风洞试验段入口地面或者顶部中心处布置一台激光投线仪，该投线仪投出一条激光线并在风洞上下壁板处形成投影线，如图2所示的试验段下壁板投影线2和试验段上壁板投影线3。调整激光投线仪的横向位置和投影方向，使得风洞上下壁板处的投影线距离两边侧壁的距离相等；如果激光投线仪带有陀螺仪，能够投影出铅垂激光线，则只需要保证下壁板投影线距离两边侧壁的距离相等即可。上下壁板投影线的位置调整完成以后，就可以认为这两条投影线组成的平面为侧滑角为零点的铅垂基准平面。
第二步、以第一步形成的激光投影面为基准，在试验模型和支撑机构上分别形成可以观测的投影直线，具体操作如下：
观察试验模型和支撑机构的表面材质及其表面的投影线位置，如果两者表面的激光投影线发生了镜面反射效应，则在其表面喷涂显影剂，以便得到人眼可以清晰观测的投影线位置，如图3中所示的试验模型表面的投影线位置2和支撑机构表面投影线位置6；
第三步、调整试验模型或者模型支撑机构的侧滑角位置，将其左右对称中心与第二步形成的激光投影线对齐，则认为此时试验模型或者支撑机构位于侧滑角零位。具体操作如下：
保持第一步形成的投影线位置不变，利用风洞机械结构调节试验模型或者支撑机构的侧滑角，此时第二步形成的投影线在试验模型或者支撑机构上的投影位置将会发生变化。由于试验模型和风洞支撑机构一般为几何对称结构，在实际操作过程中，当调节试验模型的侧滑角位置时，使图3中的模型表面投影线2对准模型头部的中心位置3，如图3(a)所示为已对准；当调节支撑机构的侧滑角位置时，使图3中的支撑机构的中心线5对准支撑机构表面的投影线6，如图3(b)所示为未对准(即支撑机构的中心线5与支撑机构表面的投影线6未对齐)。
第四步、估算侧滑角零点定位误差。具体方法如下：
设试验模型旋转中心距离支杆尾部距离为L，如图4所示。现场测量激光投线仪在模型头部的投影线宽度为W1，测量模型支撑机构上的投影线宽度为W2。则模型侧滑角零点的最大误差为Δβ1＝atan(W1/L)，模型支撑机构侧滑角零点的最大误差为Δβ2＝atan(W2/L)。此时，侧滑角β的调节灵敏度可以估计为S＝L×tan(β)/β≈L,风洞尺寸越大，L越长，侧滑角的调节灵敏度越高。
Claims (8)
1.一种快速校正风洞试验模型侧滑角零点的方法，其特征在于：包括如下步骤：
第一步、在风洞中确定一个侧滑角为零点的铅垂基准平面；
第二步、以铅垂基准平面为基准，在试验模型和模型支撑机构上分别形成激光投影直线；
第三步、调整试验模型或者模型支撑机构的侧滑角位置，将其左右对称中心与第二步形成的激光投影直线对齐，使得试验模型或者模型支撑机构位于侧滑角零位；
第四步、估算试验模型和模型支撑机构的侧滑角零点定位误差。
2.根据权利要求1所述的一种快速校正风洞试验模型侧滑角零点的方法，其特征在于：第一步所述的确定铅垂基准平面的方法为：在风洞试验段入口地面或者顶部中心处布置一台激光投线仪，使其投出一条激光线并在风洞上下壁板处形成投影线，调整激光投线仪的横向位置和投影方向，使得风洞上下壁板处的投影线距离两边侧壁的距离相等，由此得到的两条投影线组成的平面即为侧滑角为零点的铅垂基准平面。
3.根据权利要求2所述的一种快速校正风洞试验模型侧滑角零点的方法，其特征在于：所述激光投线仪带有陀螺仪，在其投影出铅垂激光线后，仅需调整下壁板投影线距离两边侧壁的距离相等，由此得到的两条投影线组成的平面即为侧滑角为零点的铅垂基准平面。
4.根据权利要求1所述的一种快速校正风洞试验模型侧滑角零点的方法，其特征在于：若试验模型或者模型支撑机构表面的激光投影直线发生镜面反射效应，则在试验模型或者模型支撑机构表面喷涂显影剂。
5.根据权利要求1所述的一种快速校正风洞试验模型侧滑角零点的方法，其特征在于：对于试验模型，调整其侧滑角位置使模型表面投影线对准模型头部的中心位置时，试验模型即位于侧滑角零位。
6.根据权利要求1所述的一种快速校正风洞试验模型侧滑角零点的方法，其特征在于：对于模型支撑机构，调整其侧滑角位置使模型支撑机构的中心线与模型支撑机构表面的投影线对齐时，模型支撑机构即位于侧滑角零位。
7.根据权利要求1所述的一种快速校正风洞试验模型侧滑角零点的方法，其特征在于：所述试验模型的侧滑角零点定位误差为：
Δβ1＝atan(W1/L)
其中：L为试验模型旋转中心距离支杆尾部距离；W1为现场测量的激光投线仪在模型头部的投影线宽度。
8.根据权利要求1所述的一种快速校正风洞试验模型侧滑角零点的方法，其特征在于：所述模型支撑机构的侧滑角零点定位误差为：
Δβ2＝atan(W2/L)
其中：L为试验模型旋转中心距离支杆尾部距离；W2为现场测量的激光投线仪在模型支撑机构的投影线宽度。
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