高超声速风洞铰链力矩试验技术研究进展

针对高超声速风洞铰链力矩试验比低速和高速风洞铰链力矩试验模型尺寸更小、温度效应和缝隙窜流影响更大,试验难度更大的特点,“十一五”以来,在中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所的Ф1 m高超声速风洞上开展了高超声速铰链力矩试验技术研究工作。先后发展了基于纵轴式、横轴式以及其他布局方式的天平及其试验装置设计技术,探索了适用于高超声速风洞试验条件的减小天平温度效应的措施、舵偏角变换方式和天平校准方法,并开展了多轮验证试验。试验结果表明:发展的铰链力矩试验方法、试验装置、天平结构、舵偏角变换方式和天平校准方法等能够满足不同高超声速飞行器控制舵面气动力测量的需求;采取的天平两端加装隔热套和电桥桥路补偿等措施能够有效减小天平温度效应和缝隙窜流的影响。目前,本项试验技术已成功应用于Ф1 m高超声速风洞马赫数4～8（来流总温273～740 K）的舵面气动特性测量,铰链力矩重复性精度优于1.50%。     

舵面铰链力矩及其缝隙效应研究

对翼型舵面铰链力矩的缝隙效应进行了低速风洞试验研究和CFD计算研究.风洞试验在1.4m×1.4m低速风洞中进行,测量模型在不同缝隙下舵偏分别为-10°、-5°、0°、5°、10°时的气动载荷,获得了缝隙对模型舵面铰链力矩的影响.采用CFD软件计算不同缝隙下各个舵偏状态时的舵面铰链力矩.主要研究舵面的铰链力矩特性受缝隙效应的影响.研究表明,舵面铰链力矩随迎角或舵偏的增大而增大;缝隙宽度对舵面的铰链力矩特性影响比较复杂,总体上影响程度不显著;CFD软件计算结果和风洞试验结果具有较好的一致性.     

8m×6m低速风洞技术改造研究

8m× 6m风洞是亚洲最大的低速风洞 ,为了不断满足国民经济发展对风洞试验的要求 ,为了解决本身存在的问题 ,8m× 6m风洞运行 2 0年来首次进行了大规模技术改造。采用了自行研制和引进改进相结合的方式 ,圆满地完成了改造 ,使该风洞的试验能力提高到了一个新的水平。     

8m×6m风洞第一试验段大气边界层模拟

介绍了在8m×6m风洞第一试验段(12m×16m)一种地形的大气边界层模拟装置的设计、风洞流场校测试验。试验结果表明:模拟实现的流场品质(平均风速剖面、湍流强度剖面、湍流谱以及积分尺度等)完全可以满足桥梁试验要求的来流特性。     

全尺寸栅格舵铰链力矩天平研制

为准确获取带控制系统全尺寸栅格舵的静、动态铰链力矩数据,分析舵控系统性能,需要研制强度、刚度、灵敏度及抗电磁干扰能力均符合试验要求的风洞侧壁支撑天平.栅格舵法向力大,铰链力矩小,且试验平台限制了天平结构的长度,导致天平在载荷匹配与元件布置方面有较大难度.通过有限元分析技术优化天平结构,在适量放大铰链力矩载荷设计指标的基础上,采用法兰盘代替传统的锥连接,天平各元件串联布局等手段,成功研制出了满足试验要求的天平.试验结果显示,模型静、动态试验数据规律良好,天平的动态响应能力及对小量铰链力矩的测量满足试验需求.     

舵面天平技术及其在高超声速风洞的应用研究

介绍纵轴分离式和轮毂式铰链力矩天平的设计技术,及其近年来在Φ0.5m高超声速风洞铰链力矩试验中的应用情况.根据尾翼/弹身组合体全动操纵舵布局特点,通过采用天平不同的连接形式(纵轴分离式天平、轮毂式天平竖置和轮毂式天平斜置),分别测量了3种舵面外形的气动特性,给出M=5~8之间舵面的法向力系数、铰链力矩系数和弦向压力中心随迎角的变化特性,定量描述了大迎角大舵偏角条件下,舵面气动特性的非线性效应,以及由此引起控制力增量的变化趋势.     

高超声速风洞舵面测力双天平技术及应用

介绍了舵面的双天平测力技术,以及它在0.5m高超声速风洞铰链力矩试验中的应用.天平为轮毂结构形式,竖置在一种十字型尾翼布局的体尾组合体的后端.在一次吹风中可同时测量左右两片水平全动舵的气动特性,给出Ma=6舵面法向力、铰链力矩、弦向压力中心等系数随迎角的变化特性,定量描述大迎角大舵偏角条件下,舵面气动特性的非线性效应,以及由此引起控制力增量的变化趋势.     

四分量片式铰链力矩天平技术及风洞实验应用研究

针对目前风洞铰链力矩实验中的一种三分量片式结构铰链力矩天平没有轴向力测量元件的不足,提出一种切实可行的四分量片式结构铰链力矩天平设计方案,进行了物理样机的研制,应用于某模型升降舵风洞铰链力矩实验中.实验结果与理论分析获得了良好的一致性,在舵面偏角为21°时,由忽略轴向力测量带来的舵面法向力系数相对误差百分比为14.7%,舵面弦向压心位置相对误差百分比为17.2%.     

栅格舵气动与操纵特性高速风洞试验技术研究

为研究飞行器单独栅格舵全尺寸模型气动特性,考核、验证舵控系统操纵性能,在FL-24风洞(1.2m×1.2m)开展了专项试验技术研究.首次在国内高速风洞建立了全尺寸栅格舵高速风洞试验平台,主要内容包括:风洞大载荷侧壁支撑装置设计、高速风洞模型保护装置设计、高灵敏度气动测试天平研制、模型风载条件下变形测试系统设计以及动态气动力测量与数据处理方法等.该项试验技术实现了模型气动与舵控系统以及气动与结构一体化试验验证,为栅格舵尾翼布局飞行器相关专业设计及飞行试验提供了重要试验数据.     

翼型伞力矩特性风洞试验研究

本文介绍在8m×6m低速风洞中进行的某研究型冲压式翼平力矩特性试验研究。给出试验方法及其典型的试验结果。通过应用这一风洞试验技术，可为翼型伞设计提供其他试验手段以得到的翼伞操稳特性气动参数。     

提高测量最大铰链力矩试验数据精准度的有效模拟技术研究

简述了“舵面气动特性研究”的研究内容之一 ,提高测量最大铰链力矩试验数据精准度的有效模拟技术。铰链力矩试验的目的就是确定操纵面的最大铰链力矩。通过对铰链力矩试验方法的研究和对铰链力矩天平的技术攻关 ,成功地研制了一台新型铰链力矩天平 ;提高测量最大铰链力矩试验数据精准度的有效模拟技术研究卓有成效。研究结果表明 :将细长体导弹升力面以前的弹身等直段适当截短对尾舵的气动特性影响很小 ,这对于提高测量战术导弹操纵面最大铰链力矩的精准度十分有意义。     

8m×6m风洞新型高精度外式天平研制

介绍了为8m×6m风洞研制的一台新型外式天平的用途、测量能力、测量原理和一些新的设计思想。静态校准结果表明：该天平全部达到了设计要求，精密度和准确度都达到了较高的水平，可以满足多种型号试验和研究的需要。     

单固支带阻力元片式铰链力矩天平研制

受大展弦比试验模型和天平结构条件限制,在高速风洞中采用传统结构的片式铰链力矩天平难以实现对操纵舵气动力的精确测量,其主要原因是传统片式铰链力矩天平无阻力测量单元,无法测量阻力,使得阻力对铰链力矩测量的干扰无法修正,同时传统结构的片式铰链力矩天平在试验中受机翼变形影响较大,影响试验数据精准度。针对这一问题,在中国空气动力研究与发展中心高速所开展了单固支带阻力元片式铰链力矩天平结构设计研究,并成功应用于某飞机模型舵面铰链力矩测力试验。校准数据以及试验结果表明,该天平能够有效测量阻力,基本消除了机翼变形对测量的影响,同时还可以减小附加力矩,增加天平载荷匹配性,有效提高试验数据质量。     

8m×6m风洞全数字直流调速系统的研制

为了恢复 8m× 6m风洞动力系统的负载能力 ,提高其稳定性与可靠性。利用两套额定值为 485V、30A的小功率调速装置 ,通过改造 ,控制两桥串联的大功率晶闸管整流柜 ,驱动 2 60 0kW直流电动机实现转速控制 ,从而将 8m× 6m风洞模拟调速系统成功地改造成全数字调速系统。结果表明 :通过改造进口小功率全数字装置 ,实现对大功率调速系统的全数字控制 ,其投资与模拟调速系统的相当 ,而技术上达到了世界上 90年代的水平     

铰链力矩天平技术及其在风洞实验中的应用

本文介绍了全机半模型铰链力矩天平技术的研究;介绍了七台铰链力矩天平和四套专用校正装置的设计和研制;天平的静校及其在 FD-09低速风洞进行的波音707模型的铰链力矩实验。通过实验证明:在一个模型上同时应用多台铰链力矩天平进行风洞实验的技术,有效地节省了试验时间和经费,提高了风洞实验效率。实验结果表明了铰链力矩天平组的设计符合风洞实验的要求,静校精度较高,动校结果可靠。     

2.4m×2.4m跨声速风洞半模测力天平研制

2.4m×2.4m跨声速风洞半模测力天平载荷大且极不匹配,在设计上,采用了串联结构,分三个元件段,分别测量轴向力A与偏航力矩Na、俯仰力矩M及法向力N与滚转力矩L分量,在元件与元件之间安排有35mm长的等直段,有效地防止各分量间的相互干扰。专门设计的加载头,刚度极好,保证了天平校准与风洞试验的一致性,提高了风洞试验数据的可靠性。于2002年5月完成了型号试验,试验结果与荷兰的HST风洞的试验结果的一直性较好,半模测力天平的成功研制填补了我国大风洞半模型测力试验的空白。     

2.4m×2.4m引射式跨声速风洞

正在兴建的2.4m风洞是一座增压回流引射式跨声速风洞。试验段截面尺寸2.4m×2.4m，M＝0．5（0．3）～1．2，1．4（1．8），工作压力最高可达4．5×105Pa。风洞由多喷嘴中压气体引射器驱动。稳定段工作压力由位于风洞主排气系统中的四个主排气阀控制。气流M数分别由栅指或驻室抽气系统控制。精度可达△M=0.002。吹风耗气量仅为相同尺寸的下吹式风洞的1／4。该风洞是发展我国载人飞船、新型歼击机及大型运输机等航空航天飞行器必不可少的重要配套试验设备。本文对风洞总体性能及技术方案的构思和风洞设计特点等方面内容作概要论述。     

用于0.6m×0.6m 跨超音速风洞外挂物测力试验的微型应变天平

本文阐述了0.6m×0.6m 跨超音速风洞(FL-1)的微型外挂测力天平的有关技术问题,介绍了φ10、φ6mm 六分量天平和φ3、φ2.4 mm 五分量天平的静动校结果和实际应用情况。     

导弹大偏角舵面铰链力矩试验技术研究

导弹大偏角舵面铰链力矩试验技术研究是在同一外形上采用两种不同的方案分别在０．６米×０．６米和１．２米×１．２米风洞进行的．结果表明，采用横轴式天平和纵轴式天平均能获得满意的试验结果．采用纵轴式天平时，必须作出本文提到的改进才能简化天平，提高数据的准确度，增加天平的抗冲击能力，并便于同时采用多台天平测力以提高风洞的试验效率和节省试验经费。     

2.4m风洞气动试验数据管理系统的设计与实现

介绍了亚洲最大的2．4m×2．4m引射式跨声速风洞的气动试验数据管理系统,讨论了该系统中局域网和主要软件模块的设计和功能实现。