2.4m跨声速风洞带TPS测力试验数据精度要求分析

成功建立带TPS风洞测力试验技术的一个关键问题是确保试验数据具有足够的精度,必须精细地分配误差。为获得满足工程需要的高精度测力试验数据,给出一种基于计算机符号运算的子程序,完成不确定度计算过程中公式自动推导、计算。最后通过对TPS风洞试验数据精度的敏度分析,给出了某运输机在2.4m跨声速风洞TPS试验中各环节的误差分配要求。     

测量不确定度的计算方法

本文主要介绍一种在美国已被普遍采用的测量不确定度的计算方法。着重介绍这种方法的分析步骤、误差的分类、随机不确定度、系统误差限和总不确定度的计算方法,同时还探讨了这种方法尚待进一步研究的问题。最后,作为例子,给出了这种方法在风洞热流传感器校准试验中的应用。     

风洞实验数据的误差及其计算方法

本文首先简述了研究风洞实验数据误差的意义,然后给出系统误差、随机误差、粗差及不确定度的定义,在讲述了单点测量标准差、多点测量标准差及随机不确定度计算方法之后,介绍了系统误差的判别和风洞实验数据误差的合成,最后给出了风洞气流参数、压力系数及力系数随机误差的计算公式。     

材料无损检测中韵测量不确定度评定

本文介绍了测量不确定度评定在材料无损检测中的应用及重要性，讨论了无损检测过程不确定度的来源及评定方法。结合材料超声检测的实验结果，计算了不确定度、合成不确定度、扩展不确定度并给出不确定度表示。     

国内主力低速风洞大迎角实验的不确定度水平研究

笔者将AGARD-AR-304不确定度评估方法推广到大迎角领域,给出计算低速风洞大(小)迎角实验不确定度的工程方法.相应的计算软件已成功地用于国内主力低速风洞实验的不确定度评估,完成了5座风洞8个模型大迎角实验的不确定度评估,给出了我国主力低速风洞大(小)迎角实验的不确定度水平.     

激波风洞气动力试验不确定度影响因素分析

参考北大西洋公约组织和AIAA推荐的风洞试验数据不确定度计算方法,结合激波风洞运行特点,确定激波风洞气动力试验的主要误差源,计算激波风洞B-2标模气动力测量结果的不确定度.采用改变单一变量的方法计算主要误差源对测量结果不确定度的影响程度,辨析对不确定度起主要作用的基本参数.计算结果表明:皮托压力和总压的测量结果对流场参数影响显著,皮托压力的测量结果比总压测量结果对流场参数与气动力测量结果影响更大;降低皮托压力和总压的偏离极限,有利于提高激波风洞气动力试验数据的质量.     

高速风洞试验模型姿态角的视频测量及不确定度研究

高速风洞测力试验中,阻力系数精度瓯的先进指标为0.0001,按误差分配原理,要求试验模型迎角的测量精度以≤0.01°.为此,研究风洞试验中模型姿态角视频测量及其不确定度,给出其系统误差的补偿方法.实测数据(马赫数为1.5、2.0、3.0和4.0)表明:在2m暂冲式超声速风洞试验中,各阶梯迎角测量数据的标准差(含风洞气流脉动致模型姿态角振动产生的误差)在0.0018°和0.0094°之间,迎角实测估计值的标准不确定度≤0.003°,由此可知,姿态角视频测量系统的靠≤0.0094°.本方法既不破坏模型的外形,又不改变模型的刚度与强度,具有实用价值.     

基于符号计算的风洞试验测量不确定度评估

基于符号计算进行风洞试验测量不确定度分析可以实现实验数据处理公式及误差灵敏度系数的自动推导 ,采用该方法对ZSDD 1导弹标模风洞试验结果进行了定量的试验不确定度评估 ,计算得到的气动力系数精度极限与重复性试验得出的试验精度吻合良好 ,气动力系数偏离极限计算值通常是其精度极限的 3～ 4倍 ,其不确定度大约是其精度极限的 4倍。笔者所述分析方法和分析程序为定量评估风洞试验数据的可靠性提供了一种有效手段。     

3-DOF转动柔索驱动风洞机构的力雅可比矩阵

简要概述了柔索牵引并联机器人在国内外的研究和发展现状,提出一种新颖的基于5根柔索牵引并联机器人的三自由度转动角度机构及测力一体化风洞试验装置。应用并联机构基本理论研究了机构的运动学逆解。依据空间解析几何理论,直接推导出在各柔索安装单分量力传感器时模型的感、测力变换雅可比矩阵。最后给出了数值算例,验证了该装置应用于风洞测力试验的有效性,为该测力装置应用于风洞试验奠定了基础。     

基于代理模型的气动设计稳健优化方法

为了减少不确定分析的计算量,提出了一种基于代理模型的不确定性气动设计优化方法,其中代理模型主要用于简化不确定分析计算过程.运用拉丁方试验设计和Krig-ing建立了代理模型,用随机参数来表示尺寸误差和飞行条件的变化.基于代理模型,以蒙特卡洛模拟法作为不确定分析方法,求解气动性能的均值和方差.在此基础上定义了气动稳健优化问题的表达式,用遗传算法进行求解,并以某翼型的优化问题对该方法进行验证.结果表明,通过该方法得到的最优解对不确定性的敏感度大大减小,同时在不确定的情况下仍然能满足设计约束条件.     

2.4m跨声速风洞大型飞机试验不确定度评估

2.4m跨声速风洞作为中国目前唯一的大型跨声速气动力试验设备,在中国大型飞机研制中发挥着十分重要的作用.因此,对该风洞试验数据质量的评估、控制和改进提高是一项紧迫的工作.笔者通过完善不确定度计算方法、详细标定基本不确定度源和编制评估软件等工作,建立了该风洞大型飞机试验的不确定度评估方法,并对某大型飞机模型试验结果开展了具体的评估与分析,澄清了该风洞大型飞机试验数据的质量水平.     

力学环境试验测量不确定度分析

航天器力学环境试验数据的测量是完成试验的关键技术之一。任何测量过程都客观上存在测量误差,使测量结果带有不确定性,进行测量不确定度分析的目的是提供评价测量结果的可信度指标。力学环境试验一般需要动态测量,影响测量误差和数据不确定度的因素较多,进行全面准确的分析相对困难。文中通过介绍一些有关测量误差和测量不确定度的基本知识,针对固定的振动环境试验系统,综合所有客观存在的误差因素进行分析计算,给出目前力学环境试验数据测量误差和测量不确定度数值,提高试验数据判读的准确性,满足提供测量误差和测量不确定度指标的实际需求。     

风挡串流对测力数据的影响及其改进措施

本文研究了风挡串流对三角形机翼飞机模型测力数据的影响。试验结果指出,在风挡具有串流的情况下,正反装模型所获得的纵向测力数据都是错误的,特別是俯仰力矩。为了消除风挡串流对测力数据的影响,应尽力限制串流量,此外建议在测定模型的平均气流偏角和支架干扰量时,上风挡亦带串流,并使其对称于下风挡的串流。经试验证明,这些措施将有助于获得较为可靠的正反装测力数据。     

Φ0.5m高超声速风洞气动力试验不确定评估

基于AGARD（AGARD-AR-304）和AIAA（AIAA S-071A-1995）的风洞试验不确定度评估标准，对评估流程进行了扩展，应用到Φ0.5m高超声速风洞。具体包括:根据试验流程辨识得到风洞试验的不确定度源；对试验的自变量进行不确定度的评估，包括其偏差极限和精度极限的具体值；最后基于标准的方法评估了显性自变量引入的不确定度，并运用线性插值的方法评估了迎角引入的不确定度。通过一升力体外形飞行器的评估结果，发现系统误差引入的不确定度占主导地位；C_N、C_A和C_m 3个大量的不确定度值在不同迎角时有显著差异，并且C_m的不确定度相对较大；不确定度敏感性结果显示天平和总压传感器引入的不确定度起主导作用。     

风洞天平动态特性多阶惯性补偿技术研究

在高超声速风洞测力试验过程中,冲击载荷或动态载荷激励测力系统结构振动,天平输出信号中包含了振动干扰量,可通过动态补偿方法进行改善,但现有方法处理方式单一,精度受限。根据测力系统结构特点,将测力系统简化为带集中质量的悬臂梁模型,应用振动理论方法,得到了该系统的自由振动解析结果。在自由振动特性研究中,考察了各个振型对测力的干扰以及各个振型加速度分布规律,提出了天平"多阶惯性补偿方法",并得到了理论补偿系数;进而利用有限元仿真和小波变换后处理方法,对该方法进行了仿真验证。结果表明,相比传统方法,该方法有效提高了天平动态性能。     

热流校准的不确定度——美国热流计的校准

AEDC(Arnold Engineering Derelopment Center)负责对热流传感器进行校准。本文介绍有关该校准不确定度的研究工作和研究结果。校准总的不确定度是综合AEDC和NBS(美国国家标准局)各自作的几组校准数据求得的。第一组数据是按块式卡计标准校准六个热流传感器得到的,块式卡计和六个热流传感器都是AEDC制造的。校验中采用九支(1kW/支)石英灯组成辐射热源。由这些校准数据计算六个传感器中每个传感器的精度。此六个传感器送到NBS Fire研究中心(华盛顿)进行标准复校。第二组校准数据取自这些复校试验。因此,可以说是按NBS热流标准进行了标准传递。NBS也采用辐射热源,也用AEDC类似的步骤进行校准。比较AEDC和NBS各自获得的数据,确定每一传感器的偏差值。综合此偏差和精度两个数据,计算每个传感器的总不确定度。六个传感器算出的平均不确定度是±3％。     

天平校准不确定度的一种评估方法

建立了一套完整的天平校准不确定度评估流程:单独评估校准系统的不确定度、基于检验载荷的残差,通过偏差极限和精度极限评估其它各误差源引入的不确定度、合并得到校准不确定度结果。以BCS-100天平校准系统为例,选择天平TG624C重复校准7次,实现了该评估方法。评估结果表明:(1)天平安装的滚转角和加载时天平的角位移,二者引入的不确定度为主要分量,应作为技术改造的重点;(2)Q、Z和My 3个小量单元,受Y和Mz 2个大量的干扰,其不确定度值稍大;(3)精度极限相比于偏差极限要小很多。建立的整套评估方法对于其他校准系统也是通用的。     

单历元确定GPS整周模糊度的分析

介绍一种单历元确定GPS整周模糊度的方法。首先利用双频P码伪距（或高精度C／A码）和相位观测值的单历元数据确定GPS相位观测值宽波模糊度，进而确定L1，L2模糊度的算法，通过实例计算分析宽波本身的计算精度、确定方法和基线解精度，对于根据宽波基线获得的L1，L2模糊度解的精度也进行了分析，表明在宽波模糊度确定后，L1，L2模糊度解可以较容易地得到。因此这一方法可应用于高精度GPS动态定位中。     

光纤式切削测力仪的研制

切削力信号含有丰富的刀具磨损信息。它反映刀具磨损最直接,与刀具磨损的相关性好,信号处理的实时性强,因此可利用它作为特征量来实时在线监测刀具磨损。但是,现有的各类测力仪由于存在实用性较差的缺点,从而限制了这种方法的实际应用。这主要表现在(1)现有的测力仪一般都需作专门的结构设计,相对于有限的装夹空间来说存在安装问题。(2)为了保证测量的灵敏度而导致加工系统刚度下降。(3)普通的测力仪尾部都有导线,用以引出信号,因而实用性不好。本文以解决上述三个问题为目标,应用光纤传感原理,设计并试验了光纤传感器、光纤式切割测力仪,并对其原理、性能、应用等方面作了系统的研究。     

基于测力和测压试验的气动导纳识别结果比较

气动导纳是大跨度桥梁抖振分析的重要参数,通常通过格栅湍流场测力或测压风洞试验进行识别。然而,测力试验中天平和节段模型系统的固有振动和测压试验中测压管路系统的频响效应都会对气动导纳的识别结果产生影响。本文通过格栅湍流场测力和测压试验、采用抖振力自谱和抖振力脉动风交叉谱综合残量最小二乘法识别了准平板断面的气动导纳,其中,在基于测力试验的气动导纳识别中考虑了模型抖振力跨向不完全相关效应的影响,在基于测压试验的气动导纳识别中考虑了按Bergh-Tij deman理论公式修正或者不修正测压管路系统频响特性影响的2种情况。在此基础上,通过考察气动导纳实验识别结果之间的差别及其与平板断面气动导纳理论解Sears函数之间的差别,研究了天平模型系统固有振动以及测压管路系统频响效应对识别结果的影响。结果表明:天平模型系统的共振会显著放大气动导纳的识别结果;而由于测压管路的固有频率一般要显著高于天平模型系统的固有频率,因此,与基于测力试验得到的气动导纳相比,基于测压试验所得气动导纳总体上更加合理,可用导纳的折算频率范围更广。此外,在一般大跨度桥梁抖振分析所关心的折算频率范围内,考虑测压管路频响特性修正后,气动导纳有一定降低。