CN115389156A - 一种半模支撑模型三维空间受载变形测量及碰撞检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种半模支撑模型三维空间受载变形测量及碰撞检测方法。基于半模支撑模型与垫块特有的双层迷宫槽安装结构,一个检测点上下固定两个激光位移传感器,测量传感器与模型内表面的距离,结合模型、垫块和传感器之间的安装距离,计算模型倾转角,以及模型在垫块凸起双齿顶端高度下的水平移动位移,从而反映模型迷宫槽壁与邻近垫块凸起齿的距离。如果水平移动位移大于两者的安装距离,则模型与垫块发生碰撞。通过本发明可系统直观地获得半模试验中不同状态时模型受载后的变形特点和规律,整理分析出易发生碰撞的区域,为半模支撑模型设计提供指导和借鉴作用,并能够更直观反映模型与垫块之间碰撞与否。
Description
技术领域
本发明属于风洞试验领域,具体涉及一种半模支撑模型三维空间受载变形测量及碰撞检测方法。
背景技术
风洞半模试验是指在风洞中使用被对称平面所平分的半个模型进行的试验。其特点是没有支架干扰,又可增大试验雷诺数。通常在安装时,半模支撑模型通过内部一个传力刚件与固定在风洞外的半模天平专用接头连接。半模支撑模型与风洞下壁板之间加装一套垫块,用作边界层隔除装置,从而减小风洞地板边界层对试验的影响。风洞试验目的是准确测得模型(不含垫块)受到的气动力,为了防止垫块对模型产生作用力并传到天平上,对试验结果产生影响,整个试验过程中要始终保持垫块与模型不接触,即模型与垫块之间存有缝隙。半模支撑模型与垫块之间采用双层迷宫槽密封,从而降低模型与垫块之间缝隙所引起的“串流”对试验数据的影响。
然而试验过程中由于模型姿态角变化以及受风载的影响,一方面,半模支撑模型会出现三维空间变形,具体表现为模型倾转角和水平移动位移,目前还没有较好的方法对其进行直观测量;另一方面,当模型受载变形较大时,模型与垫块之间可能发生碰撞,导致垫块受到的力通过模型作用在天平上,影响数据准确性。现有的导线通断直接测量法是在垫块迷宫槽的突起位置粘贴胶带,使其与模型绝缘,然后用铝箔固定导线作为信号的一端,模型连接导线作为信号的另一端,两者接入采集系统,一旦发生碰撞,信号线则导通。该方法存在风载作用下铝箔卷起接触模型产生误报的问题,而且仅能以开关量信号形式检测碰撞与否,无法直观反馈半模支撑模型与垫块的相对位置和距离。
发明内容
基于以上问题,本发明的目的是提出一种半模支撑模型三维空间受载变形测量及碰撞检测方法,相比原有导线通断直接测量法避免了垫块粘贴铝箔受风载作用卷起产生误报的问题,能够避免由于碰撞对天平引起的干扰,提高半模试验数据的准确性。
本发明的技术方案是:一种半模支撑模型三维空间受载变形测量及碰撞检测方法,采用2N个激光位移传感器,分为N组激光位移传感器单元,每单元2个激光位移传感器,N为大于等于1的整数,根据半模支撑模型形状及实际需求,选择对称剖面曲率变化大和易形变的位置,固定安装在其附近垫块上,用于测量试验中不同状态下各组传感器到半模支撑模型内表面的距离,结合半模支撑模型、垫块和各个激光位移传感器之间的安装距离,计算半模支撑模型倾转角,以及半模支撑模型在垫块凸起双齿顶端高度下的水平移动位移,从而反映双层迷宫槽壁与邻近垫块凸起齿的距离,如果半模支撑模型在垫块凸起双齿顶端高度下的水平移动位移大于两者的安装距离,说明半模支撑模型与垫块存在接触,即发生碰撞。
进一步的,一种半模支撑模型三维空间受载变形测量及碰撞检测方法,步骤如下:
第1步:在半模支撑模型对称剖面共布置8组检测点,采用8组激光位移传感器单元,每单元采用2个激光位移传感器,在无风载状态下,各组激光位移传感器单元采集垫块双齿顶端与半模支撑模型下表面距离H01-H08,各组激光位移传感器单元中的两个激光位移传感器的测距点之间的竖直距离H11-H18及各组中的第二激光位移传感器的测距点与无风载情况半模支撑模型下表面距离H21-H28,无风载状态下,垫块上的双齿顶端所在水平高度上,双层迷宫槽结构内壁与其邻近齿之间水平安装距离L0;
第2步:无风载状态下,针对8个检测点,分别采集各组激光位移传感器单元中的两个激光位移传感器的测量距离,两者取平均后,作为无风载状态下各组激光位移传感器单元与半模支撑模型内表面水平安装距离L11-L18;
第3步:试验过程中有风载状态下,针对8个检测点,根据所设置的采集周期,定时采集各组激光位移传感器单元中第一激光位移传感器的测量距离La1-La8及各组中第二激光位移传感器的测量距离Lb1-Lb8;
第5步:根据公式L2=L1-La+(H0-H1-H2)×tanα,将L11-L18、La1-La8、H01-H08、H11-H18和H21-H28分别代入其中,计算得到8个检测点对应在垫块双齿顶端所在水平高度上,有风载与无风载状态下半模支撑模型内表面水平移动位移L21-L28;
第6步:根据公式L3=L0-L2,将L0和L21-L28分别代入其中,计算得到8个检测点,在有风载状态下,垫块双齿顶端所在水平高度上迷宫槽壁与邻近齿的水平距离L31-L38,如果某个检测点的迷宫槽壁与邻近齿的水平距离小于等于0,即说明该检测点位置的半模支撑模型与垫块存在接触,垫块对半模支撑模型产生作用力,进而传到天平上,将会影响数据准确性。
本发明还公开一种用于风洞试验的计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序,所述处理器处理执行所述计算机程序实现如上所述检测方法,并读取当前碰撞检测时刻的试验风速、半模支撑模型迎角、气压和温度的参数,并在计算机界面中实时显示半模试验中不同模型状态、风速和试验环境下的半模支撑模型受载后三维空间变形情况和碰撞情况,并将数据存入数据库,便于后续分析半模支撑模型受载变形特点和规律。
本发明具有的优点和有益效果:本方法可系统直观地获得半模试验中不同状态时模型受载后的变形特点和规律,整理分析出易发生碰撞的区域,为今后半模支撑模型设计提供指导和借鉴作用,从而尽可能地避免由于碰撞对天平引起的干扰,提高半模试验数据的准确性。本发明适用于所有半模支撑模型碰撞检测,而且以相对距离形式更加直观反映模型与垫块之间碰撞与否。
附图说明
图1为无风载状态下半模支撑模型与垫块安装相对位置示意图;
图2为有风载状态下半模支撑模型与垫块相对位置示意图;
图3为半模支撑模型倾转角和水平位移测量原理图;
图4为半模支撑模型三维空间受载变形测量方法示意图。
其中,1-无风载状态下模型对称平面附近机身轮廓,2-无风载状态下半模支撑模型外表面,3-无风载状态下半模支撑模型内表面,4-双层迷宫槽结构,5-垫块,6-风洞下壁板,9-第一无受力状态光路,11-传感器安装座,14-第一激光位移传感器,20-第二激光位移传感器,21-第二无受力状态光路,24-有风载状态下半模支撑模型对称平面附近机身轮廓,25-第一受力光路,26-第二受力光路,28-有风载状态下半模支撑模型内表面,30-第一激光位移传感器测距点,36-第二激光位移传感器测距点,38-第二组激光位移传感器单元,39-第一组激光位移传感器单元,40-第四组激光位移传感器单元,41-第三组激光位移传感器单元,42-第六组激光位移传感器单元,43-第五组激光位移传感器单元,44-第八组激光位移传感器单元,45-第七组激光位移传感器单元,47-多通道数据采集仪,51-上位机,53-主控机。
具体实施方式
下面根据说明书附图举例对本发明做进一步的说明:
实施例1
如图1所示,无风载状态下半模支撑模型与垫块安装相对位置示意图。通常半模支撑模型机身内部为部分空心结构,在安装时,半模支撑模型通过内部一个传力刚件与固定在风洞外的半模天平专用接头连接。半模支撑模型与风洞下壁板6之间加装一套垫块5,用作边界层隔除装置,从而减小风洞下壁板6的边界层对试验数据的影响。为了防止试验时垫块5对半模支撑模型产生作用力并传到天平上,对试验结果产生影响,整个试验过程中要始终保持垫块5与半模支撑模型不接触,即半模支撑模型与垫块5之间存有缝隙。半模支撑模型对称平面附近的机身轮廓与垫块5之间采用双层迷宫槽结构4,从而降低半模支撑模型与垫块5之间缝隙所引起的“串流”对试验数据的影响。双层迷宫槽结构4由垫块5上的双齿与半模支撑模型靠近垫块一侧所开双槽对插形成。传感器安装座11固定安装在垫块5上。第一激光位移传感器14和第二激光位移传感器20通过安装孔固定安装在传感器安装座11中。第一激光位移传感器14的出光部发射激光,反射至第一激光位移传感器14的受光部,形成第一无受力状态光路9。第二激光位移传感器20的出光部发射激光,反射至第二激光位移传感器20的受光部,形成第二无受力状态光路21。两部激光位移传感器线缆接入数据采集仪。无风载状态下,垫块上的双齿顶端所在水平高度上,双层迷宫槽结构内壁与其邻近齿之间水平安装距离L0。
如图2,有风载状态下半模支撑模型与垫块相对位置示意图。有风载状态下,半模支撑模型对称平面附近的机身轮廓受风载作用可能产生趋近或远离模型中心的运动,主要表现为水平位移以及半模支撑模型的倾转角。第一激光位移传感器14形成第一受力光路25。第二激光位移传感器20形成第二受力光路26。
如图3,半模支撑模型倾转角和水平位移测量原理图。无风载状态下,第一激光位移传感器14和第二激光位移传感器20测得相对距离都为无风载状态下激光位移传感器与模型内表面水平安装距离L1。有风载状态下,第一激光位移传感器14在第一激光位移传感器测距点30测得距离为:第一激光位移传感器与半模支撑模型内表面的相对距离La,第二激光位移传感器20在第二激光位移传感器测距点36测得距离为:第二激光位移传感器与半模支撑模型内表面的相对距离Lb,第一激光位移传感器测距点30与第二激光位移传感器测距点36之间竖直距离为H1,第二激光位移传感器测距点36与无风载状态下半模支撑模型下表面距离为H2。有风载状态下半模支撑模型内表面与无风载状态下半模支撑模型内表面的夹角为模型倾转角α;无风载状态下,垫块双齿顶端与半模支撑模型下表面距离为H0;在垫块双齿顶端水平高度上,有风载状态下半模支撑模型内表面与无风载状态下半模支撑模型内表面的水平移动位移为L2。
半模机构模型与垫块相对位置测量原理:
垫块双齿顶端所在水平高度上,有风载与无风载状态下半模支撑模型内表面水平移动位移L2=L1-La+(H0-H1-H2)×tanα;
有风载状态下,垫块上的双齿顶端所在水平高度上,双层迷宫槽结构内壁与其邻近齿之间的水平距离L3=L0-L2;
如果L2≥L0,则说明L3≤0,即说明半模支撑模型与垫块存在接触,垫块对模型产生作用力,进而传到天平上,将会影响数据准确性。
实施例2
如图4,半模支撑模型三维空间受载变形测量方法示意图。本实施例采用的激光位移传感器共16个,分为8组激光位移传感器单元,每单元2个激光位移传感器,在半模支撑模型对称剖面共布置8组检测点,每个检测点采用2个激光位移传感器通过安装孔固定安装在传感器安装座中,安装座固定安装在垫块上。具体安装位置可根据模型形状及实际需求进行调整,其中曲率变化大和易形变的位置布置相对密一些。所有传感器信号线接入多通道数据采集仪47。每组激光位移传感器输出对应测量距离的4-20mA电流信号,
无风载状态下,分别采集各组激光位移传感器单元中的两个激光位移传感器的测量距离,两者取平均后,作为无风载状态下各组激光位移传感器单元与半模支撑模型内表面水平安装距离,对应图内8个检测点,分别为L11-L18,
有风载状态下,分别采集各组激光位移传感器单元中第一激光位移传感器与半模支撑模型内表面的相对距离,对应图内8个检测点,分别为La1~La8,
有风载状态下,分别采集各组激光位移传感器单元中第二激光位移传感器与半模支撑模型内表面的相对距离,对应图内8个检测点,分别为Lb1~Lb8。
通过设置多通道数据采集仪47的输入耦合类型、量程、工程单位和标定值等参数,实现多通道距离采集。数据采集仪47与上位机51通过网线进行通讯,在上位机程序中经过计算得到试验全过程中对应半模支撑模型各个检测点的倾转角α和在垫块5双齿顶端水平高度上的半模支撑模型内表面水平移动位移L2。
一种半模支撑模型三维空间受载变形测量及碰撞检测方法,步骤如下:
第1步:针对这8组检测点,分别采集各组激光位移传感器单元,在无风载状态下,垫块双齿顶端与半模支撑模型下表面距离H01-H08,各组激光位移传感器单元中的两个激光位移传感器的测距点之间的竖直距离H11-H18及各组中的第二激光位移传感器的测距点与无风载情况半模支撑模型下表面距离H21-H28,无风载状态下,垫块上的双齿顶端所在水平高度上,双层迷宫槽结构内壁与其邻近齿之间水平安装距离L0;
第2步:无风载状态下,针对8个检测点,分别采集各组激光位移传感器单元中的两个激光位移传感器的测量距离,两者取平均后,作为无风载状态下各组激光位移传感器单元与半模支撑模型内表面水平安装距离L11-L18;
第3步:试验过程中有风载状态下,针对8个检测点,根据所设置的采集周期,定时采集各组激光位移传感器单元中第一激光位移传感器的测量距离La1-La8及各组中第二激光位移传感器的测量距离Lb1-Lb8;
第5步:根据公式L2=L1-La+(H0-H1-H2)×tanα,将L11-L18、La1-La8、H01-H08、H11-H18和H21-H28分别代入其中,计算得到8个检测点对应在垫块双齿顶端所在水平高度上,有风载与无风载状态下半模支撑模型内表面水平移动位移L21-L28;
第6步:根据公式L3=L0-L2,将L0和L21-L28分别代入其中,计算得到8个检测点,在有风载状态下,垫块双齿顶端所在水平高度上迷宫槽壁与邻近齿的水平距离L31-L38,如果某个检测点的迷宫槽壁与邻近齿的水平距离小于等于0,即说明该检测点位置的半模支撑模型与垫块存在接触,垫块对半模支撑模型产生作用力,进而传到天平上,将会影响数据准确性。
第7步:上位机51与主控机53通过网线进行通讯,读取当前碰撞检测时刻的试验风速、模型迎角、气压和温度等参数,并在上位机界面51中实时显示半模试验中不同模型状态、风速和试验环境下的半模支撑模型受载后三维空间变形情况和碰撞情况,并将数据存入数据库,便于后续分析半模支撑模型受载变形特点和规律。
Claims (3)
1.一种半模支撑模型三维空间受载变形测量及碰撞检测方法,其特征在于:采用2N个激光位移传感器,分为N组激光位移传感器单元,每单元2个激光位移传感器,N为大于等于1的整数,根据半模支撑模型形状及实际需求,选择对称剖面曲率变化大和易形变的位置,固定安装在其附近垫块上,用于测量试验中不同状态下各组传感器到半模支撑模型内表面的距离,结合半模支撑模型、垫块和各个激光位移传感器之间的安装距离,计算半模支撑模型倾转角,以及半模支撑模型在垫块凸起双齿顶端高度下的水平移动位移,从而反映双层迷宫槽壁与邻近垫块凸起齿的距离,如果半模支撑模型在垫块凸起双齿顶端高度下的水平移动位移大于两者的安装距离,说明半模支撑模型与垫块存在接触,即发生碰撞。
2.根据权利要求1所述的一种半模支撑模型三维空间受载变形测量及碰撞检测方法,其特征在于,步骤如下:
第1步:在半模支撑模型对称剖面共布置8组检测点,采用8组激光位移传感器单元,每单元采用2个激光位移传感器,在无风载状态下,各组激光位移传感器单元采集垫块双齿顶端与半模支撑模型下表面距离H01-H08,各组激光位移传感器单元中的两个激光位移传感器的测距点之间的竖直距离H11-H18及各组中的第二激光位移传感器的测距点与无风载情况半模支撑模型下表面距离H21-H28,无风载状态下,垫块上的双齿顶端所在水平高度上,双层迷宫槽结构内壁与其邻近齿之间水平安装距离L0;
第2步:无风载状态下,针对8个检测点,分别采集各组激光位移传感器单元中的两个激光位移传感器的测量距离,两者取平均后,作为无风载状态下各组激光位移传感器单元与半模支撑模型内表面水平安装距离L11-L18;
第3步:试验过程中有风载状态下,针对8个检测点,根据所设置的采集周期,定时采集各组激光位移传感器单元中第一激光位移传感器的测量距离La1-La8及各组中第二激光位移传感器的测量距离Lb1-Lb8;
第5步:根据公式L2=L1-La+(H0-H1-H2)×tanα,将L11-L18、La1-La8、H01-H08、H11-H18和H21-H28分别代入其中,计算得到8个检测点对应在垫块双齿顶端所在水平高度上,有风载与无风载状态下半模支撑模型内表面水平移动位移L21-L28;
第6步:根据公式L3=L0-L2,将L0和L21-L28分别代入其中,计算得到8个检测点,在有风载状态下,垫块双齿顶端所在水平高度上迷宫槽壁与邻近齿的水平距离L31-L38,如果某个检测点的迷宫槽壁与邻近齿的水平距离小于等于0,即说明该检测点位置的半模支撑模型与垫块存在接触,垫块对半模支撑模型产生作用力,进而传到天平上,将会影响数据准确性。
3.一种用于风洞试验的计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并能够在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器处理执行所述计算机程序实现如权利要求1至2中任一项所述检测方法,并读取当前碰撞检测时刻的试验风速、半模支撑模型迎角、气压和温度的参数,并在计算机界面中实时显示半模试验中不同模型状态、风速和试验环境下的半模支撑模型受载后三维空间变形情况和碰撞情况,并将数据存入数据库,用于后续分析半模支撑模型受载变形特点和规律。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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