CN109029908B - 六分力应变天平公式系数标定方法及计算六分力的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，包括：步骤一、分别在六个分力方向上进行单分量加载，并同时采集六个分力方向上对应于加载量的输出电压信号值增量和施加的载荷；步骤二、采用最小二乘法通过如下方式计算不同分力方向上进行单分量加载时六个分力方向上的校正系数：步骤三、根据所述第i个分力方向上的校正系数获得系数矩阵。本发明的所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，除一次系数外并考虑二次平方项干扰系数，标定方法直观简便且精度高。本发明还提供一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的求解方法，求解速度快，使用简便，求解精度高。
Description
技术领域
本发明涉及汽车风洞试验技术领域，更具体的是，本发明涉及一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法及计算方法。
背景技术
随着国内汽车行业的不断发展，汽车空气动力学性能备受重视，而风洞试验作为汽车空气动力学开发过程中的重要一环，其不仅为理论分析和数值计算的基础，并且还可以用来检验理论结果的正确性和可靠性。所以世界各大车企以及高校都纷纷投资建设汽车风洞，用以更好的开展汽车空气动力学性能研究。
而国内目前已建成汽车风洞相对较少，吉林大学汽车风洞实验室是国内第一座汽车风洞实验室，同济大学地面交通工具风洞中心是国内唯一一座全尺寸汽车风洞，在建的还有中国汽研汽车整车风洞，所以目前国内针对全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的标定及求解经验不足。
《风洞天平》一书中所述，对于一般六分力天平，不考虑一次非对称干扰项与三次立方干扰项的天平校准通式的隐式为
与该天平校准通式对应的天平工作公式为
式中，F为施加的标准载荷，ΔV为输出信号值增量，为一次系数，为二次干扰系数。
书中公式不够直观，应用起来比较复杂。且从公式可知六分力天平公式的系数矩阵最少为6X6阶矩阵，天平公式系数标定需求解36个未知系数且方程组只有六个方程，系数标定十分复杂。若要提高精度考虑二次平方项干扰，系数矩阵即为6X12阶矩阵，含有72个未知数，复杂程度更高。
发明内容
本发明的一个目的是设计开发了一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，除一次系数外并考虑二次平方项干扰系数，标定方法直观简便且精度高。
本发明的另一个目的是设计开发了一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的计算方法，求解速度快，使用简便，求解精度高。
本发明提供的技术方案为：
一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，包括：
步骤一、分别在六个分力方向上进行单分量加载，并同时采集六个分力方向上对应于加载量的输出电压信号值增量和施加的载荷；
步骤二、采用最小二乘法通过如下方式计算不同分力方向上进行单分量加载时六个分力方向上的校正系数：
Δnj,i＝aj,i1X+aj,i2X2，i＝1,2,3,4,5,6，j＝1,2,3,4,5,6
式中，Δnj,i为在第j个分力方向上进行单分量加载时第i个分力方向上的输出电压信号值增量，aj,i1,aj,i2为在第j个分力方向上进行单分量加载时第i个分力方向上的校正系数，X为在第j个分力方向上进行单分量加载时施加的载荷；
步骤三、根据所述第i个分力方向上的校正系数获得系数矩阵：
优选的是，以天平校准加载平面中心为天平校准中心采集所述输出电压信号值增量。
优选的是，采用天平校准标准砝码对对天平进行单分量加载。
优选的是，在第j个分力方向上对天平进行单分量加载时，采用等阶梯加载与卸载方式并重复三次。
优选的是，所述采集输出电压信号包括对所述输出电压信号进行去坏值和均值处理。
一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的计算方法，采用权利要求1-5 中任一项所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法获得系数矩阵A，并得到六分力应变天平的六分力F为：
F＝A-1·Δn。
一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的计算方法，采用权利要求1-5 中任一项所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法获得系数矩阵A，并确定误差函数Q为：
Q＝Δn-A·F，
采用牛顿拉夫逊迭代法得到：
F(k+1)＝F(k)-[Q'(F(k))]-1·Q(k)，
当QT·Q≤10-8时，得到六分力应变天平的六分力F。
本发明所述的有益效果：
(1)本发明所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，除一次系数外并考虑二次平方项干扰系数，标定方法直观简便且精度高。
(2)本发明所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的计算方法，求解速度快，使用简便，求解精度高。
附图说明
图1为本发明实施例所述六分力天平测量系统示意图。
具体实施方式
对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，包括：
拟定天平校准公式如下：
Δn＝AF
其中：Δn为输出电压信号增量矩阵，A为系数矩阵，F为六分力矩阵，具体的
A＝(aij)6x12
F＝[X X2 Y Y2 z z2 Mx Mx 2 MY MY 2 Mz Mz 2]T
可知，天平校准公式为六个方程构成的方程组，式中：
ΔnX、ΔnY、ΔnZ、为六个分量的输出电压信号值增量， X、Y、Z、MX、MY、MZ为六个分量上的载荷。
天平校准中心取为天平校准加载系统的加载平面中心，使用天平校准标准砝码通过天平校准加载系统分别在六个分力方向上对天平进行单分量加载，每个分力方向从0到70％设计量程选取合适间距进行等阶梯加载与卸载并重复三次，同时采集不同分力方向上进行单分量加载时六个分力方向上输出的电压信号，并对电压信号进行去坏值和均值处理，最后得到六个分力方向上对应于每个加载量的输出电压信号值增量矩阵Δn，即：
Δnj,i＝aj,i1X+aj,i2X2，i＝1,2,3,4,5,6，j＝1,2,3,4,5,6
式中，Δnj,i为在第j个方向上进行单分量加载时第i个分力方向上的输出电压信号值增量，aj,i1,aj,i2为在第j个方向上进行单分量加载时第i个分力方向上的校正系数，X为在第j个方向上进行单分量加载时施加的载荷。
先考虑x方向单分量加载，此时认为Y、Z、MX、MY、MZ全部等于零，化简天平校准公式，方程组的第一个方程可以写为：
ΔnX＝aX,11X+aX,12X2
设该方向上共有N组非零加载，此时考虑对载荷X与对应的X分量输出电压信号增量数据ΔnX，运用最小二乘法进行二次曲线拟合，根据最小二乘法原则，将N组数据代入即可求得系数aX,11,aX,12。
方程组的第二个方程可以写为：
ΔnY＝aX,21X+aX,22X2
在X方向上共有N组非零加载，此时考虑对载荷X与对应的Y分量输出电压信号增量数据ΔnY，运用最小二乘法进行二次曲线拟合，根据最小二乘法原则，将N组数据代入即可求得系数aX,21,aX,22。
方程组的第三个方程可以写为：
ΔnZ＝aX,31X+aX,32X2
在X方向上共有N组非零加载，此时考虑对载荷X与对应的Z分量输出电压信号增量数据ΔnZ，运用最小二乘法进行二次曲线拟合，根据最小二乘法原则，将N组数据代入即可求得系数aX,31,aX,32。
方程组的第四个方程可以写为：
ΔnMX＝aX,41X+aX,42X2
在X方向上共有N组非零加载，此时考虑对载荷X与对应的MX分量输出电压信号增量数据运用最小二乘法进行二次曲线拟合，根据最小二乘法原则，将N组数据代入即可求得系数aX,41,aX,42。
方程组的第五个方程可以写为：
ΔnMY＝aX,51X+aX,52X2
在X方向上共有N组非零加载，此时考虑对载荷X与对应的MY分量输出电压信号增量数据运用最小二乘法进行二次曲线拟合，根据最小二乘法原则，将N组数据代入即可求得系数aX,51,aX,52。
方程组的第六个方程可以写为：
在X方向上共有N组非零加载，此时考虑对载荷X与对应的MZ分量输出电压信号增量数据运用最小二乘法进行二次曲线拟合，根据最小二乘法原则，将N组数据代入即可求得系数aX,61,aX,62。
同理，再考虑Y方向单分量加载，此时认为其余方向全部等于零，化简天平校准公式，可以得到N组数据中载荷Y与六个分量输出电压信号增量数据，并运用最小二乘法进行二次曲线拟合即可求出 aY,11,aY,12,aY,21,aY,22,aY,31,aY,32,aY,41,aY,42,aY,51,aY,52,aY,61,aY,62。
同理，可以得到在其余方向上进行单分量加载时，其六个分量方向上的校正系数，最终得到系数矩阵：
即：
本发明所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，除一次系数外并考虑二次平方项干扰系数，标定方法直观简便且精度高。
本发明还提供一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的求解方法，采用上述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法获得系数矩阵 A，并得到六分力应变天平的六分力F为：
F＝A-1·Δn。
本发明还提供一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的求解方法，采用上述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法获得系数矩阵 A，并确定误差函数Q为：
Q＝[q1 q2 q3 q4 q5 q6]T＝Δn-AF，
采用牛顿拉夫逊迭代法得到：
F(k+1)＝F(k)-[Q'(F(k))]-1·Q(k)，
当QT·Q≤10-8时，得到六分力应变天平的六分力F。
本发明所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的求解方法，求解速度快，使用简便，求解精度高。
实施例
本实施例采用的六分力天平测量系统如图1所示，按照上述系数标定方法：分别在六个分力方向上进行单分量加载，并同时采集六个分力方向上对应于加载量的输出电压信号值增量和施加的载荷；采用最小二乘法通过如下方式计算不同分力方向上进行单分量加载时六个分力方向上的校正系数，最终得到系数矩阵为：
对上述系数矩阵进行验证：
对六分力天平的各个分量上同时进行加载，其各个方向的加载载荷为：
F＝[100，-20，40，30，0，0]；
得到上述加载下的输出电压值增量矩阵为：
Δn＝[-4.045944291 -0.390642611 -0.160626128 0.21994453 0.7828506160.000223867]；
(1)根据上述系数矩阵采用逆矩阵法求解六分力的结果为：
F＝[100.0513462 -20.37344079 39.82722465 29.54383916 -00017573 -0.0083269]。
(2)根据上述系数矩阵采用牛顿拉夫逊迭代法求解六分力的结果为：
F＝[100.0442218 -20.25872544 39.83090038 29.61013182 -0.00243458 -0.007327582]。
由系数矩阵求解的六分力结果可知，其与各个方向的实际加载载荷基本一致，说明本发明提供的系数标定方法得到的系数矩阵是合理的，在进行六分力测量时的结果也是较精确的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.一种全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，其特征在于，包括：
步骤一、分别在六个分力方向上进行单分量加载，并同时采集六个分力方向上对应于加载量的输出电压信号值增量和施加的载荷；
步骤二、采用最小二乘法通过如下方式计算不同分力方向上进行单分量加载时六个分力方向上的校正系数：
Δnj,i＝aj,i1X+aj,i2X2，i＝1,2,3,4,5,6，j＝1,2,3,4,5,6
式中，Δnj,i为在第j个分力方向上进行单分量加载时第i个分力方向上的输出电压信号值增量，aj,i1,aj,i2为在第j个分力方向上进行单分量加载时第i个分力方向上的校正系数，X为在第j个分力方向上进行单分量加载时施加的载荷；
步骤三、根据所述第i个分力方向上的校正系数获得系数矩阵：
2.如权利要求1所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，其特征在于，以天平校准加载平面中心为天平校准中心采集所述输出电压信号值增量。
3.如权利要求1所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，其特征在于，采用天平校准标准砝码对天平进行单分量加载。
4.如权利要求1所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，其特征在于，在第j个分力方向上对天平进行单分量加载时，采用等阶梯加载与卸载方式并重复三次。
5.如权利要求1所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法，其特征在于，采集输出电压信号包括对所述输出电压信号进行去坏值和均值处理。
6.一种计算全尺寸汽车风洞六分力应变天平六分力的方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任一项所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法获得系数矩阵A，并得到六分力应变天平的六分力F为：
F＝A-1·Δn
其中，Δn为输出电压信号增量矩阵。
7.一种计算全尺寸汽车风洞六分力应变天平六分力的方法，其特征在于，采用权利要求1-5中任一项所述的全尺寸汽车风洞六分力应变天平公式的系数标定方法获得系数矩阵A，并确定误差函数Q为：
Q＝Δn-A·F，
采用牛顿拉夫逊迭代法得到：
F(k+1)＝F(k)-[Q'(F(k))]-1·Q(k)，
当QT·Q≤10-8时，得到六分力应变天平的六分力F；
其中，Δn为输出电压信号增量矩阵。
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Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111207902B (zh) * | 2020-01-17 | 2020-10-16 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种风洞天平单矢量多元校准加载套安装数据初始化方法 |
| CN111220346B (zh) * | 2020-01-21 | 2021-07-13 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种压电天平校准与使用不确定度的评估方法 |
| CN112284679B (zh) * | 2020-09-10 | 2022-12-16 | 湖北航天飞行器研究所 | 一种燃气舵测力五分量天平及分力的计算方法 |
| CN112326188B (zh) * | 2020-11-10 | 2022-02-25 | 吉林大学 | 一种基于doe和响应面模型的六分力应变天平公式的系数标定方法及计算方法 |
| CN112903235B (zh) * | 2021-01-27 | 2023-04-11 | 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 | 一种完全模拟试验状态的推力天平多元校准方法 |
| CN112800633B (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-13 | 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 | 一种多元校准风洞天平数据的处理方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104836542A (zh) * | 2015-04-30 | 2015-08-12 | 四川迈迪测控技术有限公司 | 一种用于风洞应变天平信号测量的前置放大器及校准测量方法 |
| CN106709460A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-24 | 华南理工大学 | 一种高频底座力天平的动力校准方法 |
| CN106840595A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-13 | 西南交通大学 | 一种风洞天平标定平台 |
| CN107462395A (zh) * | 2017-08-16 | 2017-12-12 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种天平分量间干扰系数校准方法 |
Family Cites Families (3)
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|---|---|---|---|---|
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| CN104931160A (zh) * | 2015-06-26 | 2015-09-23 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种六维力传感器解耦及误差计算方法 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104836542A (zh) * | 2015-04-30 | 2015-08-12 | 四川迈迪测控技术有限公司 | 一种用于风洞应变天平信号测量的前置放大器及校准测量方法 |
| CN106709460A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-05-24 | 华南理工大学 | 一种高频底座力天平的动力校准方法 |
| CN106840595A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-06-13 | 西南交通大学 | 一种风洞天平标定平台 |
| CN107462395A (zh) * | 2017-08-16 | 2017-12-12 | 中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所 | 一种天平分量间干扰系数校准方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 国外风洞天平校准技术研究进展;战培国;《航空科学技术》;20120229;全文 |
| 风洞天平校准装置的技术特性和评定方法研究;罗天保等;《中国测试》;20120331;第38卷(第2期);全文 |
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