【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风洞试验领域。更具体地说，本专利技术涉及一种预估风洞模型支杆系统动稳定性及颤振边界的方法。
技术介绍
1、在常规测力风洞试验中，通常采用尾部支杆支撑方式开展试验。但是，风洞模型/支杆系统的动态响应会与气动力相互耦合，导致系统发生振动，甚至对系统的动稳定性产生影响。失速颤振是一种典型的发散型振动现象，是由于作用在模型上的气动力与支杆的弹性力、惯性力发生不利耦合后，导致系统失稳，造成模型振动幅值在短时间内迅速增大，若不及时采取有效措施，则会导致模型或支杆发生破坏。
2、模型振动是风洞试验过程中常见的问题之一，目前已有多种被动或主动式减振手段来抑制模型的振动。但是，由失速颤振等导致的发散型振动属于系统稳定性问题，依靠常规减振手段效果有限，突遇模型振动发散时仍多采取紧急关车策略，风险极大。若风洞模型/支杆系统因振动发散而发生破坏，不仅会威胁风洞安全，对压缩机等部件造成难以接受的巨大经济损失，还会导致试验中断，影响相关产品研发周期和成本，造成重要时间节点推延。
技术实现思路
1、本专利技术的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
2、为了实现本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种杆系统动稳定性及颤振边界的方法，包括：
3、s1、以风洞模型为对象，建立考虑支杆的动力学模型；
4、s2、基于s1得到的动力学模型以及设定的参数值，通过下式预估风洞模型支杆系统的颤振边界动压 q：
5、
6、上式中， r表示支杆长度， θ为模型随支杆弹性变形时产生的俯仰角， c m为俯仰力矩系数， c l为升力系数，为风洞模型参考长度， s为风洞模型参考面积， e为支杆的弹性模量，为支杆的截面矩， m为风洞模型的质量， i s为风洞模型绕刚心a点的惯量；
7、s3、将实际风洞试验过程中的运行动压 q0与颤振边界动压 q进行对比，以判断风洞模型支杆系统在整个试验过程中的动稳定性。
8、优选的是，在s1中，所述动力学模型的获取流程包括：
9、s10、在不考虑系统结构阻尼的情况下，基于拉格朗日方程得到如下的运动微分方程：
10、
11、上式中， g为重力加速度， m z为作用在飞机模型上的俯仰力矩， l为作用在飞机模型上的升力， e表示气动中心到刚心的距离， c表示重心到刚心的距离， h为模型纵向平动位移， k11、 k12、 k21、 k22分别表示支杆在刚心a点处的位移刚度、由俯仰角产生的位移刚度、由位移产生的俯仰角刚度、由俯仰角产生的俯仰角刚度，且基于等直段支杆材料特性；
12、s11、当模型作小幅度简谐运动，则基于运动微分方程可得到下式：
13、s12、在定常气动力理论下，通过下式表示气动力：
14、
15、s10、将s12代入至s11中，基于齐次特征方程，得到如下的动力学模型：
16、
17、其中，a为模型固定在支杆上刚心所在的点，b为气动中心所在的点，c为重心所在的点，λ为：
18、。
19、优选的是，在s2中，颤振边界动压 q的预估公式获取方式为：
20、s20、对s1得到的动力学模型求解得到；
21、s21、当时，系统处于临界状态，则有：
22、
23、s22、通过s21的公式进行求解得到：
24、。
25、优选的是，在s3中，风洞模型支杆系统在整个试验过程中的动稳定性判断方式为：
26、当 q0的值始终小于 q，则判定风洞模型支杆系统在整个试验过程中是动稳定的，但整个试验过程中只要存在一个时刻 t，使得 q0＞ q或 q＜0，则判定t时刻的风洞模型支杆系统是动不稳定的。
27、优选的是，当风洞模型支杆系统被判定为动不稳定，则通过增大支杆的直径 d、减小支杆的长度 r，减小风洞模型惯量 i s与质量 m的比值中的任意一种来增大 q。
28、优选的是，当升力系数 c l对攻角 α的导数值为负时，通过缩小试验范围，以确保全试验范围内的 q0值始终小于 q。
29、本专利技术至少包括以下有益效果：本专利技术提出一种预估风洞模型支杆系统动稳定性及颤振边界的方法，能够降低常规测力风洞试验时突然因失速颤振导致振动发散的风险，防止因试验风险评估不充分而造成的重大经济损失，对常规测力风洞试验设计具有重要的工程应用价值。
30、本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
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1.一种预估风洞模型支杆系统动稳定性及颤振边界的方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的预估风洞模型支杆系统动稳定性及颤振边界的方法，其特征在于，在S1中，所述动力学模型的获取流程包括：
3.如权利要求1所述的预估风洞模型支杆系统动稳定性及颤振边界的方法，其特征在于，在S2中，颤振边界动压q的预估公式获取方式为：
4.如权利要求1所述的预估风洞模型支杆系统动稳定性及颤振边界的方法，其特征在于，在S3中，风洞模型支杆系统在整个试验过程中的动稳定性判断方式为：
5.如权利要求4所述的预估风洞模型支杆系统动稳定性及颤振边界的方法，其特征在于，当风洞模型支杆系统被判定为动不稳定，则通过增大支杆的直径D、减小支杆的长度R，减小风洞模型惯量Is与质量m的比值中的任意一种来增大q。
6.如权利要求5所述的预估风洞模型支杆系统动稳定性及颤振边界的方法，其特征在于，当升力系数CL对攻角α的导数值为负时，通过缩小试验范围，以确保全试验范围内的q0值始终小于q。
【技术特征摘要】
1.一种预估风洞模型支杆系统动稳定性及颤振边界的方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的预估风洞模型支杆系统动稳定性及颤振边界的方法，其特征在于，在s1中，所述动力学模型的获取流程包括：
3.如权利要求1所述的预估风洞模型支杆系统动稳定性及颤振边界的方法，其特征在于，在s2中，颤振边界动压q的预估公式获取方式为：
4.如权利要求1所述的预估风洞模型支杆系统动稳定性及颤振边界的方法，其特征在于，在s3中，风洞模型支...
【专利技术属性】
技术研发人员：李岩，欧阳炎，寇西平，曾开春，李增军，闫昱，贾苏，吴惠松，李灿，张朋，郭洪涛，杨兴华，余立，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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