高焓條件氣動(dòng)力測(cè)量試驗(yàn)對(duì)高超聲速飛行器氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)和優(yōu)化起決定性作用.通常采用脈沖風(fēng)洞（如激波風(fēng)洞）產(chǎn)生高溫、高壓驅(qū)動(dòng)氣體以模擬高超聲速高焓試驗(yàn)氣流.在脈沖風(fēng)洞對(duì)高超飛行器模型進(jìn)行測(cè)力試驗(yàn)時(shí),測(cè)力天平輸出信號(hào)結(jié)果無(wú)法擺脫慣性載荷的干擾影響,其導(dǎo)致的測(cè)力模型低頻振動(dòng)問(wèn)題基本無(wú)法通過(guò)濾波徹底解決,尤其對(duì)試驗(yàn)時(shí)間只有幾毫秒的情況,六分量測(cè)力天平的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究受到了極大挑戰(zhàn).因此,對(duì)實(shí)現(xiàn)短試驗(yàn)時(shí)間條件高性能測(cè)力的深入研究發(fā)現(xiàn),天平動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)凸顯重要性和必要性.本研究提出一種新的基于人工智能深度學(xué)習(xí)技術(shù)的單矢量動(dòng)態(tài)自校準(zhǔn)方法和智能測(cè)力系統(tǒng)概念,并應(yīng)用于目前激波風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)中.該動(dòng)校方法的最主要特點(diǎn)之一是對(duì)整體測(cè)力系統(tǒng)的校準(zhǔn),而非僅僅針對(duì)天平,并且保證校準(zhǔn)的測(cè)力系統(tǒng)即為風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)象,確保校準(zhǔn)與應(yīng)用的一致性.在測(cè)試評(píng)估中,測(cè)試樣本和風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證均得到了較為理想的效果,大幅度低頻振動(dòng)干擾基本被消除,脈沖風(fēng)洞測(cè)力的精度和可靠性得到了大幅提高. 

【文章來(lái)源】：力學(xué)學(xué)報(bào). 2020,52(05)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

激波風(fēng)洞與傳統(tǒng)低速風(fēng)洞測(cè)力試驗(yàn)中天平有效輸出信號(hào)

此外,SVDC具有便捷性,裝置設(shè)備簡(jiǎn)單易用.進(jìn)行動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)時(shí),FMS可位于風(fēng)洞試驗(yàn)艙內(nèi)部,也可整體置于風(fēng)洞試驗(yàn)艙外部完成校準(zhǔn)過(guò)程,保證了校準(zhǔn)后的iFMS即為風(fēng)洞試驗(yàn)采用FMS.一般的傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)僅對(duì)風(fēng)洞天平(FMS的一部分,或FMS的相似結(jié)構(gòu))進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載、卸載,而實(shí)際在風(fēng)洞吹風(fēng)試驗(yàn)的FMS為測(cè)力模型、風(fēng)洞天平和支撐結(jié)構(gòu),傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)方法的對(duì)象與試驗(yàn)對(duì)象在組成結(jié)構(gòu)上有較大差別甚至完全不同.眾所周知,某一結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性(模態(tài)頻率)與其質(zhì)量和結(jié)構(gòu)直接相關(guān),因此盡管對(duì)風(fēng)洞天平(或FMS相似結(jié)構(gòu))進(jìn)行了高精度的動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)但在風(fēng)洞試驗(yàn)中改變FMS結(jié)構(gòu),將產(chǎn)生一定測(cè)量誤差,甚至對(duì)結(jié)果無(wú)法評(píng)估.本研究中,動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)的整套系統(tǒng)連接安裝模式與風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)完全一致.1.2 基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的動(dòng)態(tài)特征建模

首先提出基于應(yīng)變天平的“單矢量”加載方法,即針對(duì)風(fēng)洞中實(shí)際吹風(fēng)試驗(yàn)的FMS,在模型迎風(fēng)面任意位置通過(guò)一根鋼絲懸掛至十字加載支撐架上的任一懸掛點(diǎn),實(shí)現(xiàn)施加一個(gè)矢量載荷并剪斷實(shí)現(xiàn)卸載.目前的單矢量加載方法,其載荷大小、方向、作用點(diǎn)均不受一定約束,而傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)懸掛砝碼的方法中,施加載荷方向受到一定限制.此外,如果天平為多分量(三分量或六分量),則可實(shí)現(xiàn)多分量加載和卸載,其載荷數(shù)值由FMS中的高精度天平實(shí)時(shí)輸出,即實(shí)現(xiàn)“自校準(zhǔn)”.該方法可不必采用固定方向懸掛砝碼,并且各分量載荷的分解是嚴(yán)格按照天平靜態(tài)校準(zhǔn)時(shí)的坐標(biāo)系進(jìn)行的.圖2為單矢量加載階躍載荷并實(shí)現(xiàn)自校準(zhǔn)的示意圖.新的SVDC方法不采用傳統(tǒng)的懸掛砝碼瞬間卸載的方式施加階躍載荷,而是采用拉線(一般采用直徑小于0.5 mm細(xì)鋼絲)施加單矢量拉力并通過(guò)剪斷拉線卸載實(shí)現(xiàn)階躍載荷的方式,其載荷大小利用高精度靜態(tài)校準(zhǔn)的風(fēng)洞天平直接讀取,該單矢量拉力通過(guò)風(fēng)洞天平直接輸出分解為多分量力,其合力為單矢量拉力,施加的單矢量力F,由風(fēng)洞天平按照靜態(tài)校準(zhǔn)時(shí)的體軸坐標(biāo)系各個(gè)坐標(biāo)軸方向,自動(dòng)分解為多個(gè)分量力,力的大小由風(fēng)洞天平實(shí)時(shí)測(cè)量輸出且多個(gè)分量力的合力為所述單矢量力F.圖3展示了單矢量加載后天平輸出多分量的效果.因此,單矢量力的加載即可實(shí)現(xiàn)多分量階躍載荷同時(shí)“定量”精確加載,更接近實(shí)際風(fēng)洞吹風(fēng)試驗(yàn)時(shí)的氣動(dòng)力加載方式,且精準(zhǔn)度更高.動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)精準(zhǔn)度取決于風(fēng)洞天平靜態(tài)校準(zhǔn)精準(zhǔn)度,而傳統(tǒng)懸掛砝碼方法受到拉力方向和砝碼精度影響較大,其帶有載荷的拉線方向一般較難做到精確重合所選的坐標(biāo)系,并且傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)校準(zhǔn)加載階躍載荷一般只能對(duì)單個(gè)方向懸掛砝碼載荷進(jìn)行加載和卸載.

【參考文獻(xiàn)】：
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