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1、第12卷第3期实验力学Vol.12No.31997年9月JOURNALOFEXPERIMENTALMECHANICSSep.1997折算频率对翼型动态升力特性影响的初步研究上官云信周瑞兴郗忠祥夏玉顺(西北工业大学,西安,710072)摘要本文根据在西北工业大学翼型研究中心(CADR)进行的NACA0012翼型动态特性研究,着重介绍测力法研究中,滤波器截止频率和动态特性研究中最重要的相似准则折算频率影响的研究结果.结果表明,对动态特性研究而言,恰当的滤波器截止频率是获得正确结果的必要条件,在此基础上,通过改变折
2、算频率,得出它对升力特性影响的可信结果.关键词翼型,动态失速,测力试验,截止频率,折算频率.1前言近一些年来,人们对气动力迟滞现象进行深入研究的兴趣与日俱增.国内外的有关研[1～5]究均已表明,升力系统在临界迎角附近作非定常运动时出现的气动力现象与静态有极大不同,一般使翼型临界迎角大大增加,升力呈非线性骤增,并形成迟滞圈(hyseersisloop).这种气动力迟滞现象导致产生一系列的危险状态,如使飞机阻尼丧失、引起直升机旋翼桨叶颤振等,对旋翼的气动载荷、操纵系统以及旋翼各部件的寿命都有重要影响.作为直升机新
3、翼型研制的一部分,在西北工业大学CADR的NF-3风洞对NACA0012翼型进行了一系列的翼型动态失速特性实验研究(参看文献[1]).研究中,我们发现,截止频率值的适当选取,是动态测力实验能否测得合理信号而得出合理结果的关键.借助于CADR动态系统滤波器的优良性能,研究了截止频率的合理选取,得出适于本项研究的适当值,并以此取得了折算频率对翼型动态升力影响的正确规律.2试验研究设备和模型简介2.1风洞试验是在西北工大CADR的NF-3风洞二元实验段进行的.该实验段为高1.6m,宽3.0m的矩形,风洞长8m.收缩
4、比20,最大风速可达130m/s,气流紊流度0.45‰.2.2模型驱动系统模型驱动系统由15kW直流电动机,1:10.7的减速器,飞轮,偏心轮,联杆和可控硅电源本文于1996年1月17日收到第1次稿,1996年7月22日收到修改稿458实验力学(1997年)第12卷等组成.该系统以总的转速波动不大于1%的精度实现模型α=α0+α1sinωt之正弦振荡,其振动频率可在05Hz间选取,α0可在0°、5°、10°、15°中选取,α1在5°、8°、10°和15°中选取.详见[6].2.3模型NACA0012二元模型弦
5、长1.0m,展长1.6m,分成三段,长0.6m的中央段为测力、测压段,两端段长0.48m,三段之间及与洞壁间间隔均为10mm.整个模型绕φ70的转轴转动,实现绕1/4弦点作正弦振荡.天平连在转轴上.2.4动态天平为了保证动态三分量天平具有好的动态特性,设计时适当降低了天平的部分灵敏度,而提高了天平的整体刚度.初步测定表明,天平各方向的固有频率不低于600Hz,估算的整个系统的固有频率不低于300Hz,可以保证天平在0300Hz的平滑频响特性(详见[7]).3实验方法为了正确评定国内外有关翼型动态研究的实验方法
6、,在NACA0012模型上实施了单独测力、单独测压(利用动态压力传感器)和测力、测压同时进行三种方式.本文只介绍翼型动态测力研究的部分情况.4数据采集及预处理迎角、动压、测力信号的采集和预处理是用引进的美国Kelthly公司的动态数据采集处理系统完成的.该系统具有高速多通道数据采集板、低通滤波器、采样保持器等,扫描频率可达330kHz并能实现系统校准,可用改变滤波器电容的方法改变动态输入量截止频率,对采集的动态量进行在线和离线的频谱分析.本期动态试验研究没有采用光电码盘定角触发,而用软件代替硬件,只设置一个迎
7、角传感器,利用系统时钟,进行定时触发,采集后经过角度间隔(如Δα=0.5°)预处理,得出对应不同迎角的气动力值(详见[8,9]).事实上,动态天平信号引入线的屏蔽和高质量接地(<0.5Ψ的地线)也是排除干扰信号的行之有效的方法.5动态测力试验研究部分结果简介及初步分析5.1低通滤波器截止频率的选取翼型动态试验研究中使用低通滤波器可方便地进行带通选择.低通(即低截止频率)滤波可滤掉高频信号及干扰信号,反之亦然.事实上,动态数据信号中往往包含有高阶谐波分量,随着振幅(即α1)增大或者折算频率K增大,高阶谐波分量所
8、占比分也增加,文献[4]指出,在大振幅时(α1≥10),必须至少计及5～6阶谐波分量.所以选择大小适当的截止频率值是至关重要的.图1给出一组截止频率选择曲线.由曲线可见,对于本期动态测力研究大振幅状态,截止频率应取为39Hz①,相应的升力数据频谱分析表明,这一截止频率值对于获得完整信号又滤掉①[注]选取截止频率时,共测了5组数据,最大已取到313Hz.大于39Hz的数据,除波动散布增大外,其曲线平均
