吸气式高超声速飞行器冷态测力试验支撑校正

吸气式高超声速飞行器整体外形与推进系统性能高度耦合,在风洞测力试验中,支撑机构不可避免会对其气动特性产生影响。针对该类飞行器冷态气动力试验中存在的支撑干扰问题,以基于乘波前体的机体/发动机一体化飞行器为研究对象开展试验和计算研究,对比了尾支撑、背支撑和背支撑+虚拟尾支撑3种风洞支撑机构对飞行器主要气动力参数的影响,并通过比较不同支撑方式的测量结果对气动力进行了校正。试验在来流马赫数4和6两个工况下进行。结果表明:相对于背支撑,尾支撑对飞行器气动力参数的影响较小,更适合作为吸气式高超声速飞行器冷态测力试验的支撑机构;结合背支撑和背支撑+虚拟尾支撑的方式,可以有效地对尾支撑测量结果进行校正,提供更为精准的气动力试验数据。     

基于现代试验设计的风洞天平校准方法

风洞天平的校准精度直接决定了风洞试验的气动载荷测量精度,为了提升天平校准的质量和效率,以BCS-100天平校准系统为研究对象,基于现代试验设计方法（modern design of experiments,MDOE）开展了风洞天平校准研究。针对单因子变量法（one factor at a time,OFAT）天平校准中存在系统误差与响应量耦合的问题,采用MDOE的随机、重复和分块策略控制校准的系统误差,并选定响应面理论的中心复合设计方法生成校准矩阵。校准矩阵共计86个样本点,包括64个分级因子点、12个轴向因子点和10个中心因子点,其中所有样本点的加载顺序做随机化处理,并作为一个样本块在短时间内集中完成加载,中心因子点则用于满足重复原则。最后开展了OFAT和MDOE的对比校准,拟合载荷的残差正态概率分布显示MDOE校准中横侧向分量的样本点独立性更强,样本点残差最高可降低84%;检验载荷显示MDOE和OFAT两种方法中天平所有分量的综合加载重复性持平,MDOE校准中横侧向分量的综合加载误差最高可降低54%。研究表明MDOE能够有效降低校准的系统误差,提升横侧向小量的预测能力。     

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。     

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。     

一种涡轮机匣挂钩槽疲劳寿命研究的试验方案

提出了一种针对涡轮机匣挂钩槽疲劳寿命的试验方案.该方案首先对涡轮机匣进行数值分析,得到危险部位的应力分布,再通过常温下机械加载来模拟危险部位总应力场,并在该载荷下获取涡轮机匣挂钩槽疲劳寿命.利用该方案,对新制作的涡轮机匣结构改进措施、原有涡轮机匣维修措施以及腐蚀影响进行了试验研究.结果表明:①新制作的涡轮机匣挂钩槽增加倒圆半径为0.8mm的圆角后,安全寿命在50%,95%置信度下可分别增加69%和198%;②原有涡轮机匣挂钩槽铣倒圆半径为1.5mm的内圆角后可以获得与新制作的涡轮机匣挂钩槽相近的疲劳寿命;③腐蚀会严重影响涡轮机匣挂钩槽的疲劳寿命.      

临近空间高速飞行器微量气动力试验及计算

针对临近空间大气环境微量气动力风洞试验准确测量需求,研制了微量天平测力系统,实现了微量天平的结构设计和静态校准。采用钝锥简单外形进行试验验证,并对三角翼升力体复杂外形做了探索,结果表明：钝锥外形验证试验中,3次试验时天平各载荷单元的气动数据重复性精度均优于4.8%;探索试验中,三角翼升力体外形采用该风洞目前能达到最低密度状态,试验结果表明：该微量测力天平在极限状态下表现较好。在此基础上,利用数值计算方法对上述外形进行模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比,表明数值计算得到的钝锥和三角翼升力体的气动力均与微量天平测力结果吻合较好;对于简单钝锥外形,在其试验条件下,钝锥表面压阻远高于摩阻;对于三角翼升力体外形,其试验条件下环境大气更加稀薄,三角翼表面摩阻占比与压阻相当。     

基于非复位多元加载系统的天平体轴系静校方法研究

介绍了一种通过测量加载头位移并进行载荷轴系转换的方式获得天平体轴系校准公式的非复位式多元静校系统。基于加载方式建立了载荷地/体轴系转换方法;优化了加载头结构以保证其上所有加载点都位于加载头的纵、横向中心对称线上,从而避免了附加力矩的产生;分析了位移测量方式引入误差的原因并给出了抑制误差的方法。比较采用此静校方法获得的天平公式与采用复位式多元加载静校系统获得的天平公式处理同一次吹风数据的结果表明,本文所述的静校方法所校天平有较为理想的综合加载重复性和综合加载精度。