CN113432820B - 一种基于自动化的颤振风洞试验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请属于颤振风洞试验领域，特别涉及一种基于自动化的颤振风洞试验系统及方法。系统包括：风速指挥模块，用于实现风速参数的设定；增速步长判断模块，用于实现增速步长的选择；信号采集模块，用于实时采集颤振风洞试验数据；紧急关车判断模块，用于实时判断是否需要关车；气闸控制模块，用于根据接收的风速指挥模块、增速步长判断模块、信号采集模块以及紧急关车判断模块的数据，实现气闸状态控制，气闸状态包括放开状态以及止动状态；防护线控制模块，用于根据接收的风速指挥模块、增速步长判断模块、信号采集模块以及紧急关车判断模块的数据，实现防护线状态控制，防护线状态包括放松状态以及收紧状态。
Description
技术领域
本申请属于颤振风洞试验领域，特别涉及一种基于自动化的颤振风洞试验系统及方法。
背景技术
利用风洞模型进行颤振试验是飞机设计过程中必不可少的研究内容，也是辅助理论研究的必要手段。颤振属于风洞试验中的特种试验，对于低速风洞试验，现有试验方法具有以下几个缺点，一是自动化程度低，由于颤振试验风险较大，并且不能精准预测，主要依靠人工操作；二是所用人力资源较多，工作人员岗位多，包括试验指挥岗位、风洞操作岗位、紧急关车岗位、试验记录岗位、测试信号采集分析岗位、摄像岗位、防护线岗位等，有些岗位还不止一人操作，多个岗位之间需要同时协调配合；三是试验指挥人员、紧急关车人员、防护线人员的经验和判断决策对于试验模型的安全影响很大。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种基于自动化的颤振风洞试验系统及方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
本申请的第一个方面提供了一种基于自动化的颤振风洞试验系统，包括：
风速指挥模块，用于实现风速参数的设定；
增速步长判断模块，用于实现增速步长的选择；
信号采集模块，用于实时采集颤振风洞试验数据；
紧急关车判断模块，用于实时判断是否需要关车；
气闸控制模块，用于根据接收的所述风速指挥模块、所述增速步长判断模块、所述信号采集模块以及所述紧急关车判断模块的数据，实现气闸状态控制，所述气闸状态包括放开状态以及止动状态；
防护线控制模块，用于根据接收的所述风速指挥模块、所述增速步长判断模块、所述信号采集模块以及所述紧急关车判断模块的数据，实现防护线状态控制，所述防护线状态包括放松状态以及收紧状态。
在本申请的至少一个实施例中，所述风速参数包括起始风速、增速步长、风速台阶稳定时间、预估颤振速度、颤振点关车条件以及最大风速关车条件。
在本申请的至少一个实施例中，在所述风速指挥模块中，所述增速步长设定为包括多个不同大小的数值。
在本申请的至少一个实施例中，所述增速步长判断模块，用于根据实时测试数据与预估颤振速度判断当前风速距离颤振速度的差值大小，若差值较大，则增速步长选择较大值，若差值较小，则增速步长选择较小值。
在本申请的至少一个实施例中，还包括人工接管与停车模块，用于获取人工接管与停车数据；
所述气闸控制模块还用于根据接收的人工接管与停车模块的数据，实现气闸状态控制；
所述防护线控制模块还用于根据接收的人工接管与停车模块的数据，实现防护线状态控制。
在本申请的至少一个实施例中，
通过所述气闸控制模块实现气闸状态控制时，气闸仅在速度稳定时处于放开状态，在速度增加过程中处于止动状态；
通过所述防护线控制模块实现防护线状态控制时，防护线在速度稳定时处于放松状态，在速度增加过程中处于收紧状态。
在本申请的至少一个实施例中，在所述紧急关车判断模块以及所述人工接管与停车模块的关车信号发出预设时间后，所述信号采集模块自动停止采集数据。
本申请的第二个方面提供了一种基于自动化的颤振风洞试验方法，基于如上所述的基于自动化的颤振风洞试验系统，包括：
步骤一、吹风指令发出后，风速指挥模块根据起始风速数值开始运行风洞，同时气闸控制模块控制气闸处于止动状态，防护线控制模块控制防护线处于收紧状态，信号采集模块开始工作，信号开始采集分析；
步骤二、在风速从0增至V1的过程中，气闸控制模块以及防护线控制模块继续控制，使气闸处于止动状态，防护线处于收紧状态；
步骤三、在风速到达V1且稳定时，通过气闸控制模块以及防护线控制模块自动控制，使气闸放开，防护线放松，持续预定时间步长后，根据实时测试数据和预估颤振速度，由增速步长判断模块给出速度增量△V；
步骤四、在风速从V1增至V2的过程中，气闸控制模块以及防护线控制模块继续控制，使气闸处于止动状态，防护线处于收紧状态；
步骤五、重复步骤三、四过程；
步骤六、从吹风指令发出后，紧急关车判断模块开始运行，实时分析采集到的信号，一旦满足预设的关车条件则立即发出关车指令；
步骤七、关车指令发出的同时，通过气闸控制模块以及防护线控制模块自动控制，使气闸处于止动状态，防护线处于收紧状态；
步骤八、关车指令发出后，等待预设时间后，信号采集模块自动停止工作。
在本申请的至少一个实施例中，步骤六还包括从吹风指令发出后，人工接管与停车模块开始运行，优先等级最高，一旦人工干预则立即执行。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的基于自动化的颤振风洞试验系统，减少了对于操作人员的依赖，有利于节省人力资源、节约经费、提高试验速度和安全性、促进试验标准化执行。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的基于自动化的颤振风洞试验流程图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请保护范围的限制。
下面结合附图1对本申请做进一步详细说明。
本申请的第一个方面提供了一种基于自动化的颤振风洞试验系统，包括：
风速指挥模块，用于实现风速参数的设定；
增速步长判断模块，用于实现增速步长的选择；
信号采集模块，用于实时采集颤振风洞试验数据；
紧急关车判断模块，用于实时判断是否需要关车；
气闸控制模块，用于根据接收的风速指挥模块、增速步长判断模块、信号采集模块以及紧急关车判断模块的数据，实现气闸状态控制，气闸状态包括放开状态以及止动状态；
防护线控制模块，用于根据接收的风速指挥模块、增速步长判断模块、信号采集模块以及紧急关车判断模块的数据，实现防护线状态控制，防护线状态包括放松状态以及收紧状态。
本申请的基于自动化的颤振风洞试验系统，通过风速指挥模块能够预先设定起始风速、增速步长、风速台阶稳定时间、预估颤振速度、颤振点关车条件以及最大风速关车条件等参数，通过这些预定参数，可以在按下开车按钮后，自动开始吹风，自动采集分析数据，根据实时数据判断增速步长，直至到达颤振点关车或到达最大风速关车。
在本申请的优选实施例中，在风速指挥模块中，设定的增速步长具有多个不同大小的数值，增速步长判断模块根据实时测试数据与预估颤振速度判断当前风速距离颤振速度的差值大小。如果差值较大，即离颤振点较远，则增速步长选择较大值，随着风速逐渐提高，差值将逐渐变小，即离颤振点较近，则增速步长选择较小值；
在本申请的优选实施例中，还包括：人工接管与停车模块，用于获取人工接管与停车数据，气闸控制模块还用于根据接收的人工接管与停车模块的数据，实现气闸状态控制，防护线控制模块还用于根据接收的人工接管与停车模块的数据，实现防护线状态控制。在颤振风洞试验系统自动运行过程中，人工可以随时接管或停止吹风。
本申请的基于自动化的颤振风洞试验系统，可以自动操控防护线和气闸，通过气闸控制模块实现气闸状态控制时，气闸仅在速度稳定时处于放开状态，在速度增加过程中处于止动状态；通过防护线控制模块实现防护线状态控制时，防护线在速度稳定时处于放松状态，在速度增加过程中处于收紧状态。
本申请的基于自动化的颤振风洞试验系统，颤振点关车条件可以调整，试验前人工设定时主要考虑颤振突发程度，颤振防护(如气闸止动)措施等因素，试验中由计算机程序根据模型上的加速度信号和应变片信号进行判断。
本申请的基于自动化的颤振风洞试验系统，在紧急关车判断模块以及人工接管与停车模块发出关车信号后，让气闸变为止动状态，收紧防护线。开车信号发出后信号采集模块自动采集数据，并且，在关车信号发出预设时间(N秒)后，信号采集模块自动停止记录。信号采集模块可以包括摄像模块。
本申请的基于自动化的颤振风洞试验系统，系统自动运行过程中，人工可以随时接管或停止吹风，优先等级最高；颤振风洞试验系统可以根据预先设定的N个增速步长实时选择下一次的增速；试验系统可以自动操控防护线，使其拉紧或放松，并且防护线具有位移反馈能力，保证两侧拉动位移相等，防止模型偏移，拉紧时操作速度要快，保证及时抑制颤振，放松时操作速度慢，防止颤振突发导致模型损坏；试验系统根据测试信号实时判断是否需要关车；试验系统可操控气闸使其处于止动状态或放松状态，并具有状态反馈功能，如果不能达到指定状态，反馈给紧急关车判断模块，以便及时关车后调试。
基于上述的基于自动化的颤振风洞试验系统，本申请的第二个方面提供了一种基于自动化的颤振风洞试验方法，包括以下步骤：
步骤一、吹风指令发出后，风速指挥模块根据起始风速数值开始运行风洞，同时气闸控制模块控制气闸处于止动状态，防护线控制模块控制防护线处于收紧状态，信号采集模块开始工作，信号开始采集分析；
步骤二、在风速从0增至V1的过程中，气闸控制模块以及防护线控制模块继续控制，使气闸处于止动状态，防护线处于收紧状态；
步骤三、在风速到达V1且稳定时，通过气闸控制模块以及防护线控制模块自动控制，使气闸放开，防护线放松，持续预定时间步长后，根据实时测试数据和预估颤振速度，由增速步长判断模块给出速度增量△V；
步骤四、在风速从V1增至V2的过程中，气闸控制模块以及防护线控制模块继续控制，使气闸处于止动状态，防护线处于收紧状态；
步骤五、重复步骤三、四过程；
步骤六、从吹风指令发出后，紧急关车判断模块开始运行，实时分析采集到的信号，一旦满足预设的关车条件则立即发出关车指令；
步骤七、关车指令发出的同时，通过气闸控制模块以及防护线控制模块自动控制，使气闸处于止动状态，防护线处于收紧状态；
步骤八、关车指令发出后，等待预设时间后，信号采集模块自动停止工作。
有利的是，步骤六还包括从吹风指令发出后，人工接管与停车模块开始运行，优先等级最高，一旦人工干预则立即执行。
本申请的基于自动化的颤振风洞试验系统及方法，自动化程度高，减少拉防护线、数据采集等岗位的人力消耗；试验系统的各个方面协同性好，反应速度快；对人工经验的依赖小，标准化程度高；吹风过程中实时判断增速步长，有助于减少吹风时间，节约试验成本；即保留了人工紧急关车，又增加了程序自动关车，提高了试验的安全性。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种基于自动化的颤振风洞试验系统，其特征在于，包括：
风速指挥模块，用于实现风速参数的设定；
增速步长判断模块，用于实现增速步长的选择；
信号采集模块，用于实时采集颤振风洞试验数据；
紧急关车判断模块，用于实时判断是否需要关车；
气闸控制模块，用于根据接收的所述风速指挥模块、所述增速步长判断模块、所述信号采集模块以及所述紧急关车判断模块的数据，实现气闸状态控制，所述气闸状态包括放开状态以及止动状态；
防护线控制模块，用于根据接收的所述风速指挥模块、所述增速步长判断模块、所述信号采集模块以及所述紧急关车判断模块的数据，实现防护线状态控制，所述防护线状态包括放松状态以及收紧状态；
通过所述气闸控制模块实现气闸状态控制时，气闸仅在速度稳定时处于放开状态，在速度增加过程中处于止动状态；
通过所述防护线控制模块实现防护线状态控制时，防护线在速度稳定时处于放松状态，在速度增加过程中处于收紧状态。
2.根据权利要求1所述的基于自动化的颤振风洞试验系统，其特征在于，所述风速参数包括起始风速、增速步长、风速台阶稳定时间、预估颤振速度、颤振点关车条件以及最大风速关车条件。
3.根据权利要求2所述的基于自动化的颤振风洞试验系统，其特征在于，在所述风速指挥模块中，所述增速步长设定为包括多个不同大小的数值。
4.根据权利要求3所述的基于自动化的颤振风洞试验系统，其特征在于，所述增速步长判断模块，用于根据实时测试数据与预估颤振速度判断当前风速距离颤振速度的差值大小，若差值较大，则增速步长选择较大值，若差值较小，则增速步长选择较小值。
5.根据权利要求4所述的基于自动化的颤振风洞试验系统，其特征在于，还包括人工接管与停车模块，用于获取人工接管与停车数据；
所述气闸控制模块还用于根据接收的人工接管与停车模块的数据，实现气闸状态控制；
所述防护线控制模块还用于根据接收的人工接管与停车模块的数据，实现防护线状态控制。
6.根据权利要求5所述的基于自动化的颤振风洞试验系统，其特征在于，在所述紧急关车判断模块以及所述人工接管与停车模块的关车信号发出预设时间后，所述信号采集模块自动停止采集数据。
7.一种基于自动化的颤振风洞试验方法，基于权利要求1至6任意一项所述的基于自动化的颤振风洞试验系统，其特征在于，包括：
步骤一、吹风指令发出后，风速指挥模块根据起始风速数值开始运行风洞，同时气闸控制模块控制气闸处于止动状态，防护线控制模块控制防护线处于收紧状态，信号采集模块开始工作，信号开始采集分析；
步骤二、在风速从0增至V1的过程中，气闸控制模块以及防护线控制模块继续控制，使气闸处于止动状态，防护线处于收紧状态；
步骤三、在风速到达V1且稳定时，通过气闸控制模块以及防护线控制模块自动控制，使气闸放开，防护线放松，持续预定时间步长后，根据实时测试数据和预估颤振速度，由增速步长判断模块给出速度增量△V；
步骤四、在风速从V1增至V2的过程中，气闸控制模块以及防护线控制模块继续控制，使气闸处于止动状态，防护线处于收紧状态；
步骤五、重复步骤三、四过程；
步骤六、从吹风指令发出后，紧急关车判断模块开始运行，实时分析采集到的信号，一旦满足预设的关车条件则立即发出关车指令；
步骤七、关车指令发出的同时，通过气闸控制模块以及防护线控制模块自动控制，使气闸处于止动状态，防护线处于收紧状态；
步骤八、关车指令发出后，等待预设时间后，信号采集模块自动停止工作。
8.根据权利要求7所述的基于自动化的颤振风洞试验方法，其特征在于，步骤六还包括从吹风指令发出后，人工接管与停车模块开始运行，优先等级最高，一旦人工干预则立即执行。
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