提高变体飞机风洞测力试验精度的方法研究

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1、提高变体飞机风洞测力试验精度的方法研究提高变体飞机风洞测力试验精度的方法研究蒋增，刘铁中，何宏伟（中国航空工业空气动力研究院，黑龙江，哈尔滨150001）摘要：变体飞机风洞试验主要测量机翼等变形过程对流场的扰动引起的动态气动力、力矩和力矩操纵效率变化。相对于常规测力试验，由于模型的变体运动导致试验数据精度差。本文对纯机械驱动的变体飞机模型的风洞试验精度的主要影响因素进行了分析，从试验方案、数据采集触发方式和数据处理方法等进行了改进，验证试验表明，试验精度大幅提高，升力系数重复性最大误差约为0.00538，阻力系数重复性最大误差约为0.00098，俯仰力矩系数

2、重复性最大误差为约0.00113，动态试验精度达到常规试验水平。关键词：变体飞机；风洞试验；数据处理；动态测力StudyonimprovingprecisionofmorphingaircraftwindtunnelforcetestJIANGZeng-yan，LIUTie-zhong，HEHong-wei(AVICAerodynamicsResearchInstitute，Harbin150001，China)Abstract:morphingaircraftwindtunneltestisthemainmeasurethatstudiesonaerodyn

3、amicandmomentofforcecharacteristicduringwingmorphing.Becauseofmodelmorphingmovement,theforcetestprecisionislowerthanthatofroutinewindtunneltest.Thispaperanalyzesthedominatingimpactfactorofpurelymechanicalmorphingaircraftwindtunnelforcetestandoffersimprovingexperimentprogramanddataac

4、quisitionandprocessingmethods.Theverificationtestresultshowsthatthemodifiedtestmethodsgreatlyimprovetestprecision,andthemaxliftcoefficientrepeatabilityerroris0.00538,andthemaxdragcoefficientrepeatabilityerroris0.00098,andthemaxpitchmomentcoefficientrepeatabilityerroris0.00113,andthe

5、dynamictestprecisionisassameasthatofroutinewindtunneltest.Keywords:morphingaircraft;windtunneltest;datareduction;dynamicforcetest0引言变体飞机能够根据任务环境主动自适应地改变其外形，具有更宽的飞行包线，在每个飞行剖面都具有最优的气动性能，是目前国内外研究的热点[1,2,3]。变体飞机在空中瞬间改变其外形的过程可能出现气动力的非定常变化，引起飞机力矩特性的剧烈改变，从而影响飞机的飞行安全[4]。变体飞机的研究目前仍主要依赖风洞试验，以

6、获得飞机变体过程的动态气动力特性和操稳特性，同时验证飞机按需要进行变体方案的合理性和结构可靠性。如美国的变体飞机结构（MAS）项目于2006年初在NASA兰利研究中心成功完成了风洞试验，试验最大风速达0.9Ma[5]。与常规试验相比，变体飞机风洞试验模拟参数多，在狭小的模型空间里需要布置变体驱动系统、运动控制系统、试验数据测量系统等，导致变体飞机风洞试验模型结构复杂，试验过程受干扰的因素更多，因此测力试验数据重复性精度差。本文分析了影响纯机械结构大尺度变体飞机的风洞连续测力试验精度的主要因素，从减少误差源的思路对变体的飞机风洞试验方法进行了改进，大幅提高了试验

7、精度，对其他形式的变体飞机风洞试验具有重要的借鉴意义。1影响变体飞机风洞试验精度的主要因素试验精度一般是指同一模型在同一期试验、同一试验状态下，经非连续重复多次（一般为7次）试验，其测量值的均方根误差[6]。变体飞机的动态试验一般采取固定模型姿态角，测量（机翼）变体过程全机的气动力和力矩等特性，假如风洞试验中测量获得的气动力（或力矩）系数误差△R的影响因素可用如下关系式表示：△R=F（△α,△β,△γ,△M,△P0,△P,△T0,△ξ）（1）其中上述参数分别表示模型的姿态角（迎角、侧滑角、滚转角）、试验马赫数、试验总压、试验静压和试验总温等的测量误差和天平测量

8、误差。而在变体飞机风洞试验中，由于需要