高焓條件氣動力測量試驗對高超聲速飛行器氣動外形設(shè)計和優(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)動氣體以模擬高超聲速高焓試驗氣流.在脈沖風(fēng)洞對高超飛行器模型進(jìn)行測力試驗時,測力天平輸出信號結(jié)果無法擺脫慣性載荷的干擾影響,其導(dǎo)致的測力模型低頻振動問題基本無法通過濾波徹底解決,尤其對試驗時間只有幾毫秒的情況,六分量測力天平的結(jié)構(gòu)設(shè)計研究受到了極大挑戰(zhàn).因此,對實現(xiàn)短試驗時間條件高性能測力的深入研究發(fā)現(xiàn),天平動態(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)的單矢量動態(tài)自校準(zhǔn)方法和智能測力系統(tǒng)概念,并應(yīng)用于目前激波風(fēng)洞測力試驗中.該動校方法的最主要特點之一是對整體測力系統(tǒng)的校準(zhǔn),而非僅僅針對天平,并且保證校準(zhǔn)的測力系統(tǒng)即為風(fēng)洞試驗對象,確保校準(zhǔn)與應(yīng)用的一致性.在測試評估中,測試樣本和風(fēng)洞試驗驗證均得到了較為理想的效果,大幅度低頻振動干擾基本被消除,脈沖風(fēng)洞測力的精度和可靠性得到了大幅提高. 

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

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

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

此外,SVDC具有便捷性,裝置設(shè)備簡單易用.進(jìn)行動態(tài)校準(zhǔn)時,FMS可位于風(fēng)洞試驗艙內(nèi)部,也可整體置于風(fēng)洞試驗艙外部完成校準(zhǔn)過程,保證了校準(zhǔn)后的iFMS即為風(fēng)洞試驗采用FMS.一般的傳統(tǒng)動態(tài)校準(zhǔn)僅對風(fēng)洞天平(FMS的一部分,或FMS的相似結(jié)構(gòu))進(jìn)行動態(tài)加載、卸載,而實際在風(fēng)洞吹風(fēng)試驗的FMS為測力模型、風(fēng)洞天平和支撐結(jié)構(gòu),傳統(tǒng)動態(tài)校準(zhǔn)方法的對象與試驗對象在組成結(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),因此盡管對風(fēng)洞天平(或FMS相似結(jié)構(gòu))進(jìn)行了高精度的動態(tài)校準(zhǔn)但在風(fēng)洞試驗中改變FMS結(jié)構(gòu),將產(chǎn)生一定測量誤差,甚至對結(jié)果無法評估.本研究中,動態(tài)校準(zhǔn)的整套系統(tǒng)連接安裝模式與風(fēng)洞試驗時完全一致.1.2 基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)的動態(tài)特征建模

首先提出基于應(yīng)變天平的“單矢量”加載方法,即針對風(fēng)洞中實際吹風(fēng)試驗的FMS,在模型迎風(fēng)面任意位置通過一根鋼絲懸掛至十字加載支撐架上的任一懸掛點,實現(xiàn)施加一個矢量載荷并剪斷實現(xiàn)卸載.目前的單矢量加載方法,其載荷大小、方向、作用點均不受一定約束,而傳統(tǒng)動態(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中的高精度天平實時輸出,即實現(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)時的坐標(biāo)系進(jìn)行的.圖2為單矢量加載階躍載荷并實現(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剪斷拉線卸載實現(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)時的體軸坐標(biāo)系各個坐標(biāo)軸方向,自動分解為多個分量力,力的大小由風(fēng)洞天平實時測量輸出且多個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現(xiàn)多分量階躍載荷同時“定量”精確加載,更接近實際風(fēng)洞吹風(fēng)試驗時的氣動力加載方式,且精準(zhǔn)度更高.動態(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)動態(tài)校準(zhǔn)加載階躍載荷一般只能對單個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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