CN112747894B - 一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法及装置，包括：采集风洞折叠舵展开试验过程内的扭矩传感器信号和角度传感器信号，并据此计算出试验过程中折叠舵转轴处扭矩天平的力矩数据和折叠舵展开角度；对折叠舵展开角度识别得到折叠舵展开过程的起止时间和起止角度；根据展开过程的起止时间截取出折叠舵展开角度和扭矩天平的力矩数据，对折叠舵展开角度处理得到舵面展开的角速度数据、角加速度数据、重力矩分量以及扭簧回复力矩；根据舵面展开的角加速度数据计算出展开过程的惯性力矩；根据扭矩天平的力矩数据、重力矩分量、扭簧回复力矩和惯性力矩计算出舵面所受气动力矩。

Description

一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法

技术领域

本发明涉及风洞试验与测试技术领域，尤其是涉及一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法及装置。

背景技术

为了满足现代军事作战对隐身性能、机动性能以及发射平台适应性的要求，折叠舵导弹逐渐成为一种新的设计趋势。发射前，舵面处于折叠状态，发射后在展开机构的作用下，折叠舵自动展开复位到设计要求的状态。采用折叠舵还具有缩小储运空间、便于运输等优点。折叠舵能否顺利展开，是导弹飞行成败的决定因素。折叠舵顺利展开是指折叠舵能够满足设计的展开时间、展开角度以及展开同步性的要求；除了展开机构外，舵面所受的外部气动载荷也直接影响了折叠舵能否顺利展开。因此折叠舵展开风洞试验一方面需要研究折叠舵展开的运动特性，另一方面还需要测量展开过程中舵面受到的气动载荷。目前，折叠舵展开风洞试验多采用高速摄影技术研究舵面展开的运动特性以及判断折叠舵是否顺利展开，这种方法是通过逐帧比较照片，判断折叠舵展开的起止时间以及展开是否到位，但是无法识别出展开过程中的角速度、角加速度等动态数据。而针对折叠舵舵面气动载荷的试验，目前通用的做法是将折叠舵固定在一个角度，然后测量舵面承受的气动力，进行静态测量。整个测量过程是将一个动态的运动过程人为的分割成若干个静态的状态，不能够模拟舵面的运动状态，忽略了舵面运动过程中的惯性力因素，测量误差较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法及装置，旨在解决。

本发明提供一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法，包括：

通过信号采集系统获得风洞折叠舵展开试验过程内随时间变化的折叠舵转轴处的扭矩传感器信号和角度传感器信号，根据所述扭矩传感器信号和角度传感器信号计算试验过程中折叠舵转轴处扭矩天平的力矩数据和折叠舵展开角度；

利用数值方法对所述折叠舵展开角度进行识别，得到折叠舵展开过程的起止时间和起止角度；

根据折叠舵展开过程的起止时间截取出所述折叠舵展开角度和所述扭矩天平的力矩数据，对所述折叠舵展开角度进行处理，分别得到折叠舵展开过程中舵面展开的角速度数据、角加速度数据、相对于折叠舵转轴的重力矩分量以及折叠舵展开过程中扭簧回复力矩；根据所述舵面展开的角加速度数据以及可动舵面的转动惯量计算得到展开过程的惯性力矩；

根据所述扭矩天平的力矩数据、所述重力矩分量、所述扭簧回复力矩和所述惯性力矩计算得到折叠舵展开过程中舵面所受气动力矩。

本发明提供一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理装置，包括：

数据采集模块：用于通过信号采集系统获得风洞折叠舵展开试验过程内随时间变化的折叠舵转轴处的扭矩传感器信号和角度传感器信号，根据所述扭矩传感器信号和角度传感器信号计算试验过程中折叠舵转轴处扭矩天平的力矩数据和折叠舵展开角度；

数据识别模块：用于利用数值方法对所述折叠舵展开角度进行识别，得到折叠舵展开过程的起止时间和起止角度；

数据处理模块：用于根据折叠舵展开过程的起止时间截取出所述折叠舵展开角度和所述扭矩天平的力矩数据，对所述折叠舵展开角度进行处理，分别得到折叠舵展开过程中舵面展开的角速度数据、角加速度数据、相对于折叠舵转轴的重力矩分量以及折叠舵展开过程中扭簧回复力矩；根据所述舵面展开的角加速度数据以及可动舵面的转动惯量计算得到展开过程的惯性力矩；

计算模块：用于根据所述扭矩天平的力矩数据、所述重力矩分量、所述扭簧回复力矩和所述惯性力矩计算得到折叠舵展开过程中舵面所受气动力矩。

本发明实施例还提供一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法的步骤。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

采用本发明实施例，可以准确的给出折叠舵展开过程中舵面展开角度、角速度及角加速度等动态特性；同时考虑了舵面运动过程中的惯性力影响，获得的舵面气动力更加接近于折叠舵展开的真实工况。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法流程图；

图2是本发明实施例的一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法的试验流程图；

图3是本发明实施例的折叠舵展开过程中展开角度随时间变化的曲线图；

图4是本发明实施例的折叠舵展开过程中展开角速度随时间变化的曲线图；

图5是本发明实施例的折叠舵展开过程中展开角加速度随时间变化的曲线图；

图6是本发明实施例的折叠舵展开过程中气动力矩随展开角度变化的曲线图；

图7是本发明实施例的一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理装置示意图；

图8是本发明实施例的一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理设备示意图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

方法实施例

根据本发明实施例，提供了一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法，图1是本发明实施例的一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法的流程图，如图1所示，根据本发明实施例的一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法具体包括：

步骤101，通过信号采集系统获得风洞折叠舵展开试验过程内随时间变化的折叠舵转轴处的扭矩传感器信号和角度传感器信号，根据所述扭矩传感器信号和角度传感器信号计算试验过程中折叠舵转轴处扭矩天平的力矩数据和折叠舵展开角度；

具体的，将扭矩传感器信号(u₁，t)带入传感器的标定公式中，M_天平＝(u₁-u₀₁)*k₁，得到整个试验过程中随时间变化的扭矩天平数据(M_天平，t)，其中u₀₁是扭矩传感器零点，k₁是扭矩传感器的系数；

将角度传感器信号(u₂，t)带入传感器的标定公式中，θ＝(u₁-u₀₂)*k₂，得到整个试验过程中随时间变化的折叠舵展开角度数据(θ，t)，其中u₀₂是角度传感器零点，k₂是角度传感器的系数；

步骤102，利用数值方法对所述折叠舵展开角度进行识别，得到折叠舵展开过程的起止时间和起止角度；

具体的，步骤102实现的具体方法为：将相邻时刻的角度值做差，当满足条件|θ_t(i)-θ_t(i+1)|≥ε₁时，返回i值，此时ti为展开过程的起始时刻，记作t1，折叠舵展开过程的起始角度即为θ_t1；以ti时刻为起点继续向后做数据运算，当满足调节|θ_t(j)-θ_t(j+1)|≤ε₂时，返回j值，此时tj为展开过程的终止时刻，记作t2，折叠舵展开过程的到位角度即为θ_t2，θ₀＝θ_t2-θ_t1即为折叠舵展开到位角度，折叠舵展开到位时间t₀＝t2-t1，其中，ε₁、ε₂的值根据不同试验、不同传感器精度系数确定。

步骤103，根据折叠舵展开过程的起止时间截取出所述折叠舵展开角度和所述扭矩天平的力矩数据，对所述折叠舵展开角度进行处理，分别得到折叠舵展开过程中舵面展开的角速度数据、角加速度数据、相对于折叠舵转轴的重力矩分量以及折叠舵展开过程中扭簧回复力矩；根据所述舵面展开的角加速度数据以及可动舵面的转动惯量计算得到展开过程的惯性力矩；

具体的，对折叠舵展开角度数值(θ，t1：t2)进行时间的一阶求导，得到折叠舵展开过程中舵面展开的角速度数据(θ′，t1：t2)；

对所述折叠舵展开角度数值(θ，t1：t2)进行二阶求导，得到折叠舵展开过程中舵面展开的角加速度数据(θ″，t1：t2)；

根据所述折叠舵展开角度数值(θ，t1：t2)，通过公式1计算出相对于折叠舵转轴的重力距分量：

M_重力矩＝G*d*cosα*cos(φ+φ₁+θ) 公式1；

其中，θ为折叠舵展开角度数值、α为弹身姿态角攻角，β为偏航角、φ为滚转角、φ1为折叠舵安装位置的角度，即折叠舵与弹身连接的根部在弹身攻角、滚转角均为0°时与水平面的夹角、d为可动舵面重心距转轴距离、G为可动舵面自身的重力，φ、φ1、θ的正负号对应关系需要根据具体情况具体确定；

根据所述折叠舵展开角度数值，通过扭簧弹性系数公式即公式2，计算出折叠舵展开过程中扭簧回复力矩：

M_扭簧＝K_扭簧*θ 公式2；

其中，K_扭簧是扭簧的回复力矩系数；

所述折叠舵展开过程中舵面展开角加速度数据通过公式3，计算得到展开过程的惯性力距：

M_惯性力矩＝J*θ″ 公式3；

其中，J表示舵面的转动惯量，θ″表示舵面展开角加速度数据。

步骤104，根据所述扭矩天平的力矩数据、所述重力矩分量、所述扭簧回复力矩和所述惯性力矩计算得到折叠舵展开过程中舵面所受气动力矩。

具体的，将所述扭矩天平的力矩数据、所述重力矩分量、所述扭簧回复力矩和所述惯性力矩代入如公式4所示的力矩平衡公式计算得到折叠舵展开过程中舵面所受气动力矩：

M_天平＝M_重力矩+M_扭簧+M_惯性力矩+M_气动力矩+M_摩阻力矩 公式4；

其中，M_重力矩表示所述重力矩分量，M_扭簧表示扭簧回复力矩，M_惯性力矩表示所述惯性力矩，M_天平表示所述扭矩天平数据，M_摩阻力矩表示摩擦力矩，计算时忽略。

图2是本发明实施例的一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法的试验流程图，进行试验之前，使用专用的扭矩传感器替换扭簧的固定零件，扭矩传感器通过转接件与角度传感器连接在一起，扭矩传感器可以跟随舵面转动，同时角度传感器可以测量可动舵面转动的角度。使用同一套采集系统同步采集扭矩传感器信号和角度传感器信号。调整模型姿态角包括攻角α、偏航角β、滚转角φ，准备就绪后进行风洞折叠舵展开如图2所示的试验流程。

试验完成后，将各个时间点的角度数据、展开角速度数据、展开角加速度数据用光滑曲线连接起来就可以显示折叠舵在展开过程中如图3、图4、图5所示的运动特性规律。

如图6所示，将对应时刻的气动力矩数据和展开角度数据用光滑的曲线连接起来，就可以得到折叠舵展开过程中气动力矩随展开角度的变化规律。

综上所述，采用本发明实施例，可以准确的给出折叠舵展开过程中舵面展开角度、角速度及角加速度等动态特性；同时考虑了舵面运动过程中的惯性力影响，获得的舵面气动力更加接近于折叠舵展开的真实工况。

系统实施例

根据本发明实施例，提供了一种一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理装置，图7是本发明实施例的一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理装置的示意图，如图7所示，根据本发明实施例的折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理装置具体包括：

数据采集模块70：用于通过信号采集系统获得风洞折叠舵展开试验过程内随时间变化的折叠舵转轴处的扭矩传感器信号和角度传感器信号，根据所述扭矩传感器信号和角度传感器信号计算试验过程中折叠舵转轴处扭矩天平的力矩数据和折叠舵展开角度；数据采集模块具体用于：

具体的，将扭矩传感器信号(u₁，t)带入传感器的标定公式中，M_天平＝(u₁-u₀₁)*k₁，得到整个试验过程中随时间变化的扭矩天平数据(M_天平，t)，其中u₀₁是扭矩传感器零点，k₁是扭矩传感器的系数；

将角度传感器信号(u₂，t)带入传感器的标定公式中，θ＝(u₁-u₀₂)*k₂，得到整个试验过程中随时间变化的折叠舵展开角度数据(θ，t)，其中u₀₂是角度传感器零点，k₂是角度传感器的系数；

数据识别模块72：用于利用数值方法对所述折叠舵展开角度进行识别，得到折叠舵展开过程的起止时间和起止角度；

数据处理模块74：用于根据折叠舵展开过程的起止时间截取出所述折叠舵展开角度和所述扭矩天平的力矩数据，对所述折叠舵展开角度进行处理，分别得到折叠舵展开过程中舵面展开的角速度数据、角加速度数据、相对于折叠舵转轴的重力矩分量以及折叠舵展开过程中扭簧回复力矩；根据所述舵面展开的角加速度数据以及可动舵面的转动惯量计算得到展开过程的惯性力矩；数据处理模块具体用于：

对折叠舵展开角度数值进行时间的一阶求导，得到折叠舵展开过程中舵面展开的角速度数据；

对所述折叠舵展开角度数值进行二阶求导，得到折叠舵展开过程中舵面展开的角加速度数据；

根据所述折叠舵展开角度数值，通过公式1计算出相对于折叠舵转轴的重力距分量：

M_重力矩＝G*d*cosα*cos(φ+φ₁+θ) 公式1；

其中，θ为折叠舵展开角度数值、α为弹身姿态角攻角，β为偏航角、φ为滚转角、φ1为折叠舵安装位置的角度，即折叠舵与弹身连接的根部在弹身攻角、滚转角均为0°时与水平面的夹角、d为可动舵面重心距转轴距离、G为可动舵面自身的重力，φ、φ1、θ的正负号对应关系需要根据具体情况具体确定；

根据所述折叠舵展开角度数值，通过扭簧弹性系数公式即公式2，计算出折叠舵展开过程中扭簧回复力矩：

M_扭簧＝K_扭簧*θ 公式2；

其中，K_扭簧是扭簧的回复力矩系数；

所述折叠舵展开过程中舵面展开角加速度数据通过公式3，计算得到展开过程的惯性力距：

M_惯性力矩＝J*θ″ 公式3；

其中，J表示舵面的转动惯量，θ″表示舵面展开角加速度数据。

计算模块：用于根据所述扭矩天平的力矩数据、所述重力矩分量、所述扭簧回复力矩和所述惯性力矩计算得到折叠舵展开过程中舵面所受气动力矩；计算模块具体用于：

将所述扭矩天平的力矩数据、所述重力矩分量、所述扭簧回复力矩和所述惯性力矩代入如公式4所示的力矩平衡公式计算得到折叠舵展开过程中舵面所受气动力矩：

M_天平＝M_重力矩+M_扭簧+M_惯性力矩+M_气动力矩+M_摩阻力矩 公式4；

其中，M_重力矩表示所述重力矩分量，M_扭簧表示扭簧回复力矩，M_惯性力矩表示所述惯性力矩，M_天平表示所述扭矩天平数据，M_摩阻力矩表示摩擦力矩，计算时忽略。

本发明实施例是与上述方法实施例对应的系统实施例，各个模块的具体操作可以参照方法实施例的描述进行理解，在此不再赘述。

装置实施例一

本发明实施例提供一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理设备，如图8所示，包括：存储器80、处理器82及存储在所述存储器80上并可在所述处理器82上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器82执行时实现如下方法步骤：

步骤101，通过信号采集系统获得风洞折叠舵展开试验过程内随时间变化的折叠舵转轴处的扭矩传感器信号和角度传感器信号，根据所述扭矩传感器信号和角度传感器信号计算试验过程中折叠舵转轴处扭矩天平的力矩数据和折叠舵展开角度；

具体的，将扭矩传感器信号(u₁，t)带入传感器的标定公式中，M_天平＝(u₁-u₀₁)*k₁，得到整个试验过程中随时间变化的扭矩天平数据(M_天平，t)，其中u₀₁是扭矩传感器零点，k₁是扭矩传感器的系数；

将角度传感器信号(u₂，t)带入传感器的标定公式中，θ＝(u₁-u₀₂)*k₂，得到整个试验过程中随时间变化的折叠舵展开角度数据(θ，t)，其中u₀₂是角度传感器零点，k₂是角度传感器的系数；

步骤102，利用数值方法对所述折叠舵展开角度进行识别，得到折叠舵展开过程的起止时间和起止角度；

具体的，步骤102实现的具体方法为：将相邻时刻的角度值做差，当满足条件|θ_t(i)-θ_t(i+1)|≥ε₁时，返回i值，此时ti为展开过程的起始时刻，记作t1，折叠舵展开过程的起始角度即为θ_t1；以ti时刻为起点继续向后做数据运算，当满足调节|θ_t(j)-θ_t(j+1)|≤ε₂时，返回j值，此时tj为展开过程的终止时刻，记作t2，折叠舵展开过程的到位角度即为θ_t2，θ₀＝θ_t2-θ_t1即为折叠舵展开到位角度，折叠舵展开到位时间t₀＝t2-t1，其中，ε₁、ε₂的值根据不同试验、不同传感器精度系数确定。

步骤103，根据折叠舵展开过程的起止时间截取出所述折叠舵展开角度和所述扭矩天平的力矩数据，对所述折叠舵展开角度进行处理，分别得到折叠舵展开过程中舵面展开的角速度数据、角加速度数据、相对于折叠舵转轴的重力矩分量以及折叠舵展开过程中扭簧回复力矩；根据所述舵面展开的角加速度数据以及可动舵面的转动惯量计算得到展开过程的惯性力矩；

具体的，对折叠舵展开角度数值(θ，t1：t2)进行时间的一阶求导，得到折叠舵展开过程中舵面展开的角速度数据(θ′，t1：t2)；

对所述折叠舵展开角度数值(θ，t1：t2)进行二阶求导，得到折叠舵展开过程中舵面展开的角加速度数据(θ″，t1：t2)；

根据所述折叠舵展开角度数值(θ，t1：t2)，通过公式1计算出相对于折叠舵转轴的重力距分量：

M_重力矩＝G*d*cosα*cos(φ+φ₁+θ) 公式1；

其中，θ为折叠舵展开角度数值、α为弹身姿态角攻角，β为偏航角、φ为滚转角、φ1为折叠舵安装位置的角度，即折叠舵与弹身连接的根部在弹身攻角、滚转角均为0°时与水平面的夹角、d为可动舵面重心距转轴距离、G为可动舵面自身的重力，φ、φ1、θ的正负号对应关系需要根据具体情况具体确定；

根据所述折叠舵展开角度数值，通过扭簧弹性系数公式即公式2，计算出折叠舵展开过程中扭簧回复力矩：

M_扭簧＝K_扭簧*θ 公式2；

其中，K_扭簧是扭簧的回复力矩系数；

所述折叠舵展开过程中舵面展开角加速度数据通过公式3，计算得到展开过程的惯性力距：

M_惯性力矩＝J*θ″ 公式3；

其中，J表示舵面的转动惯量，θ″表示舵面展开角加速度数据。

步骤104，根据所述扭矩天平的力矩数据、所述重力矩分量、所述扭簧回复力矩和所述惯性力矩计算得到折叠舵展开过程中舵面所受气动力矩。

具体的，将所述扭矩天平的力矩数据、所述重力矩分量、所述扭簧回复力矩和所述惯性力矩代入如公式4所示的力矩平衡公式计算得到折叠舵展开过程中舵面所受气动力矩：

M_天平＝M_重力矩+M_扭簧+M_惯性力矩+M_气动力矩+M_摩阻力矩 公式4；

其中，M_重力矩表示所述重力矩分量，M_扭簧表示扭簧回复力矩，M_惯性力矩表示所述惯性力矩，M_天平表示所述扭矩天平数据，M_摩阻力矩表示摩擦力矩，计算时忽略。

图2是本发明实施例的一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法的试验流程图，进行试验之前，使用专用的扭矩传感器替换扭簧的固定零件，扭矩传感器通过转接件与角度传感器连接在一起，扭矩传感器可以跟随舵面转动，同时角度传感器可以测量可动舵面转动的角度。使用同一套采集系统同步采集扭矩传感器信号和角度传感器信号。调整模型姿态角包括攻角α、偏航角β、滚转角φ，准备就绪后进行风洞折叠舵展开如图2所示的试验流程。

试验完成后，将各个时间点的角度数据、展开角速度数据、展开角加速度数据用光滑曲线连接起来就可以显示折叠舵在展开过程中如图3、图4、图5所示的运动特性规律。

如图6所示，将对应时刻的气动力矩数据和展开角度数据用光滑的曲线连接起来，就可以得到折叠舵展开过程中气动力矩随展开角度的变化规律。

装置实施例二

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有信息传输的实现程序，所述程序被处理器82执行时实现如下方法步骤：

步骤101，通过信号采集系统获得风洞折叠舵展开试验过程内随时间变化的折叠舵转轴处的扭矩传感器信号和角度传感器信号，根据所述扭矩传感器信号和角度传感器信号计算试验过程中折叠舵转轴处扭矩天平的力矩数据和折叠舵展开角度；

具体的，将扭矩传感器信号(u₁，t)带入传感器的标定公式中，M_天平＝(u₁-u₀₁)*k₁，得到整个试验过程中随时间变化的扭矩天平数据(M_天平，t)，其中u₀₁是扭矩传感器零点，k₁是扭矩传感器的系数；

将角度传感器信号(u₂，t)带入传感器的标定公式中，θ＝(u₁-u₀₂)*k₂，得到整个试验过程中随时间变化的折叠舵展开角度数据(θ，t)，其中u₀₂是角度传感器零点，k₂是角度传感器的系数；

步骤102，利用数值方法对所述折叠舵展开角度进行识别，得到折叠舵展开过程的起止时间和起止角度；

具体的，步骤102实现的具体方法为：将相邻时刻的角度值做差，当满足条件|θ_t(i)-θ_t(i+1)|≥ε₁时，返回i值，此时ti为展开过程的起始时刻，记作t1，折叠舵展开过程的起始角度即为θ_t1；以ti时刻为起点继续向后做数据运算，当满足调节|θ_t(j)-θ_t(j+1)|≤ε₂时，返回j值，此时tj为展开过程的终止时刻，记作t2，折叠舵展开过程的到位角度即为θ_t2，θ₀＝θ_t2-θ_t1即为折叠舵展开到位角度，折叠舵展开到位时间t₀＝t2-t1，其中，ε₁、ε₂的值根据不同试验、不同传感器精度系数确定。

步骤103，根据折叠舵展开过程的起止时间截取出所述折叠舵展开角度和所述扭矩天平的力矩数据，对所述折叠舵展开角度进行处理，分别得到折叠舵展开过程中舵面展开的角速度数据、角加速度数据、相对于折叠舵转轴的重力矩分量以及折叠舵展开过程中扭簧回复力矩；根据所述舵面展开的角加速度数据以及可动舵面的转动惯量计算得到展开过程的惯性力矩；

具体的，对折叠舵展开角度数值(θ，t1：t2)进行时间的一阶求导，得到折叠舵展开过程中舵面展开的角速度数据(θ′，t1：t2)；

对所述折叠舵展开角度数值(θ，t1：t2)进行二阶求导，得到折叠舵展开过程中舵面展开的角加速度数据(θ″，t1：t2)；

根据所述折叠舵展开角度数值(θ，t1：t2)，通过公式1计算出相对于折叠舵转轴的重力距分量：

M_重力矩＝G*d*cosα*cos(φ+φ₁+θ) 公式1；

其中，θ为折叠舵展开角度数值、α为弹身姿态角攻角，β为偏航角、φ为滚转角、φ1为折叠舵安装位置的角度，即折叠舵与弹身连接的根部在弹身攻角、滚转角均为0°时与水平面的夹角、d为可动舵面重心距转轴距离、G为可动舵面自身的重力，φ、φ1、θ的正负号对应关系需要根据具体情况具体确定；

根据所述折叠舵展开角度数值，通过扭簧弹性系数公式即公式2，计算出折叠舵展开过程中扭簧回复力矩：

M_扭簧＝K_扭簧*θ 公式2；

其中，K_扭簧是扭簧的回复力矩系数；

所述折叠舵展开过程中舵面展开角加速度数据通过公式3，计算得到展开过程的惯性力距：

M_惯性力矩＝J*θ″ 公式3；

其中，J表示舵面的转动惯量，θ″表示舵面展开角加速度数据。

步骤104，根据所述扭矩天平的力矩数据、所述重力矩分量、所述扭簧回复力矩和所述惯性力矩计算得到折叠舵展开过程中舵面所受气动力矩。

具体的，将所述扭矩天平的力矩数据、所述重力矩分量、所述扭簧回复力矩和所述惯性力矩代入如公式4所示的力矩平衡公式计算得到折叠舵展开过程中舵面所受气动力矩：

M_天平＝M_重力矩+M_扭簧+M_惯性力矩+M_气动力矩+M_摩阻力矩 公式4；

其中，M_重力矩表示所述重力矩分量，M_扭簧表示扭簧回复力矩，M_惯性力矩表示所述惯性力矩，M_天平表示所述扭矩天平数据，M_摩阻力矩表示摩擦力矩，计算时忽略。

图2是本发明实施例的一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法的试验流程图，进行试验之前，使用专用的扭矩传感器替换扭簧的固定零件，扭矩传感器通过转接件与角度传感器连接在一起，扭矩传感器可以跟随舵面转动，同时角度传感器可以测量可动舵面转动的角度。使用同一套采集系统同步采集扭矩传感器信号和角度传感器信号。调整模型姿态角包括攻角α、偏航角β、滚转角φ，准备就绪后进行风洞折叠舵展开如图2所示的试验流程。

试验完成后，将各个时间点的角度数据、展开角速度数据、展开角加速度数据用光滑曲线连接起来就可以显示折叠舵在展开过程中如图3、图4、图5所示的运动特性规律。

如图6所示，将对应时刻的气动力矩数据和展开角度数据用光滑的曲线连接起来，就可以得到折叠舵展开过程中气动力矩随展开角度的变化规律。

综上所述，采用本发明实施例，可以准确的给出折叠舵展开过程中舵面展开角度、角速度及角加速度等动态特性；同时考虑了舵面运动过程中的惯性力影响，获得的舵面气动力更加接近于折叠舵展开的真实工况。

本实施例所述计算机可读存储介质包括但不限于为：ROM、RAM、磁盘或光盘等。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法，其特征在于，包括：

通过信号采集系统获得风洞折叠舵展开试验过程内随时间变化的折叠舵转轴处的扭矩传感器信号和角度传感器信号，根据所述扭矩传感器信号和角度传感器信号计算试验过程中折叠舵转轴处扭矩天平的力矩数据和折叠舵展开角度；

利用数值方法对所述折叠舵展开角度进行识别，得到折叠舵展开过程的起止时间和起止角度；

根据折叠舵展开过程的起止时间截取出所述折叠舵展开角度和所述扭矩天平的力矩数据，对所述折叠舵展开角度进行处理，分别得到折叠舵展开过程中舵面展开的角速度数据、角加速度数据、相对于折叠舵转轴的重力矩分量以及折叠舵展开过程中扭簧回复力矩；根据所述舵面展开的角加速度数据以及舵面的转动惯量计算得到展开过程的惯性力矩；

根据所述扭矩天平的力矩数据、所述重力矩分量、所述扭簧回复力矩和所述惯性力矩计算得到折叠舵展开过程中舵面所受气动力矩；其中，

对所述折叠舵展开角度进行处理，分别得到折叠舵展开过程中舵面展开的角速度数据、角加速度数据、相对于折叠舵转轴的重力矩分量以及折叠舵展开过程中扭簧回复力矩的具体过程为：

对折叠舵展开角度数值进行时间的一阶求导，得到折叠舵展开过程中舵面展开的角速度数据；

对所述折叠舵展开角度数值进行二阶求导，得到折叠舵展开过程中舵面展开的角加速度数据；

根据所述折叠舵展开角度数值，通过公式(1)计算出相对于折叠舵转轴的重力矩分量：

M_重力矩＝G*d*cosα*cos(φ+φ₁+θ) 公式(1)；

其中，θ为折叠舵展开角度数值，α为弹身姿态角攻角，φ为滚转角，φ1为折叠舵安装位置的角度，即折叠舵与弹身连接的根部在弹身攻角、滚转角均为0°时与水平面的夹角，d为可动舵面重心距转轴距离，G为可动舵面自身的重力，φ、φ1、θ的正负号对应关系需要根据具体情况具体确定；

根据所述折叠舵展开角度数值，通过扭簧弹性系数公式即公式(2)，计算出折叠舵展开过程中扭簧回复力矩：

M_扭簧＝K_扭簧*θ 公式(2)；

其中，K_扭簧是扭簧的回复力矩系数；

根据所述折叠舵展开过程中舵面展开角加速度数据通过公式(3)，计算得到展开过程的惯性力矩：

M_惯性力矩＝J*θ″ 公式(3)；

其中，J表示舵面的转动惯量，θ″表示舵面展开角加速度数据。

2.根据权利要求1所述的一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法，其特征在于，所述利用数值方法对所述折叠舵展开角度数据进行识别的具体方法为：将相邻时刻的角度值做差，当满足条件|θt(i)-θt(i+1)|≥ε1时，返回i值，此时t(i)为展开过程的起始时刻，记作t1，θt1为折叠舵展开过程的起始角度；以t(i)时刻为起点继续向后做数据运算，当满足条件|θt(j)-θt(j+1)|≤ε2时，返回j值，此时t(j)为展开过程的终止时刻，记作t2，θt2为折叠舵展开过程的终止角度，θ0＝θt2-θt1即为折叠舵展开到位角度，折叠舵展开到位时间t0＝t2-t1，其中，ε1、ε2的值根据不同试验、不同传感器精度系数确定。

3.根据权利要求1所述的一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法，其特征在于，根据所述扭矩天平的力矩数据、所述重力矩分量、所述扭簧回复力矩和所述惯性力矩计算得到折叠舵展开过程中舵面所受气动力矩具体包括：将所述扭矩天平的力矩数据、所述重力矩分量、所述扭簧回复力矩和所述惯性力矩代入如公式(4)所示的力矩平衡公式计算得到折叠舵展开过程中舵面所受气动力矩：

M_天平＝M_重力矩+M_扭簧+M_惯性力矩+M_气动力矩+M_摩阻力矩 公式(4)；

其中，M_重力矩表示所述重力矩分量，M_扭簧表示扭簧回复力矩，M_惯性力矩表示所述惯性力矩，M_天平表示所述扭矩天平的力矩数据，M_摩阻力矩表示摩擦力矩，计算时忽略，M_气动力矩表示气动力矩。

4.一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理装置，其特征在于，包括：

数据采集模块：用于通过信号采集系统获得风洞折叠舵展开试验过程内随时间变化的折叠舵转轴处的扭矩传感器信号和角度传感器信号，根据所述扭矩传感器信号和角度传感器信号计算试验过程中折叠舵转轴处扭矩天平的力矩数据和折叠舵展开角度；

数据识别模块：用于利用数值方法对所述折叠舵展开角度进行识别，得到折叠舵展开过程的起止时间和起止角度；

数据处理模块：用于根据折叠舵展开过程的起止时间截取出所述折叠舵展开角度和所述扭矩天平的力矩数据，对所述折叠舵展开角度进行处理，分别得到折叠舵展开过程中舵面展开的角速度数据、角加速度数据、相对于折叠舵转轴的重力矩分量以及折叠舵展开过程中扭簧回复力矩；根据所述舵面展开的角加速度数据以及舵面的转动惯量计算得到展开过程的惯性力矩；

计算模块：用于根据所述扭矩天平的力矩数据、所述重力矩分量、所述扭簧回复力矩和所述惯性力矩计算得到折叠舵展开过程中舵面所受气动力矩；其中，所述数据处理模块具体用于：

对折叠舵展开角度数值进行时间的一阶求导，得到折叠舵展开过程中舵面展开的角速度数据；

对所述折叠舵展开角度数值进行二阶求导，得到折叠舵展开过程中舵面展开的角加速度数据；

根据所述折叠舵展开角度数值，通过公式(1)计算出相对于折叠舵转轴的重力矩分量：

M_重力矩＝G*d*cosα*cos(φ+φ₁+θ) 公式(1)；

其中，θ为折叠舵展开角度数值，α为弹身姿态角攻角，φ为滚转角，φ1为折叠舵安装位置的角度，即折叠舵与弹身连接的根部在弹身攻角、滚转角均为0°时与水平面的夹角，d为可动舵面重心距转轴距离，G为可动舵面自身的重力，φ、φ1、θ的正负号对应关系需要根据具体情况具体确定；

根据所述折叠舵展开角度数值，通过扭簧弹性系数公式即公式(2)，计算出折叠舵展开过程中扭簧回复力矩：

M_扭簧＝K_扭簧*θ 公式(2)；

其中，K_扭簧是扭簧的回复力矩系数；

根据所述折叠舵展开过程中舵面展开角加速度数据通过公式(3)，计算得到展开过程的惯性力矩：

M_惯性力矩＝J*θ″ 公式(3)；

其中，J表示舵面的转动惯量，θ″表示舵面展开角加速度数据。

5.根据权利要求4所述的一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理装置，其特征在于，所述数据识别模块具体用于利用数值方法对所述折叠舵展开角度数据进行识别，具体为：将相邻时刻的角度值做差，当满足条件|θt(i)-θt(i+1)|≥ε1时，返回i值，此时t(i)为展开过程的起始时刻，记作t1，θt1为折叠舵展开过程的起始角度；以t(i)时刻为起点继续向后做数据运算，当满足条件|θt(j)-θt(j+1)|≤ε2时，返回j值，此时t(j)为展开过程的终止时刻，记作t2，θt2为折叠舵展开过程的终止角度，θ0＝θt2-θt1即为折叠舵展开到位角度，折叠舵展开到位时间t0＝t2-t1，其中，ε1、ε2的值根据不同试验、不同传感器精度系数确定。

6.根据权利要求4所述的一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理装置，其特征在于，所述计算模块具体用于：通过公式(4)计算折叠舵展开过程中舵面所受气动力矩：

M_天平＝M_重力矩+M_扭簧+M_惯性力矩+M_气动力矩+M_摩阻力矩 公式(4)

其中，M_重力矩表示所述重力矩分量，M_扭簧表示扭簧回复力矩，M_惯性力矩表示所述惯性力矩，M_天平表示所述扭矩天平的力矩数据，M_摩阻力矩表示摩擦力矩，计算时忽略，M_气动力矩表示气动力矩。

7.一种折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法的步骤。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有信息传递的实现程序，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的折叠舵展开过程中测量气动力矩数据的处理方法的步骤。

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