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高超声速风洞单自由度动导数试验装置研制

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摘要

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内动导数研究现状

1.2.2 国外动导数研究现状

1.3 本文主要工作

2 高超声速风洞单自由度动导数试验原理

2.1 动导数的定义

2.2 动导数风洞试验

2.2.1 相似参数

2.2.2 动导数风洞试验方法分类

2.3 基于单自由度振动动导数试验原理

2.3.1 自由振动方法

2.3.2 强迫振动方法

2.4 小结

3 强迫振动动导数试验装置设计

3.1 强迫振动动导数试验装置总体设计要求

3.2 强迫振动机构设计

3.2.1 强迫俯仰/偏航振动机构

3.2.2 强迫滚转振动机构

3.3 动导数天平设计

3.3.1 俯仰/偏航动导数天平

3.3.2 滚转动导数天平

3.4 装置驱动与控制系统设计

3.4.1 驱动电机选型

3.4.2 控制系统组成

3.4.3 控制系统设备配置

3.4.4 控制软件设计

3.5 小结

4 自由滚转动导数试验装置设计

4.1 自由滚转动导数试验装置总体设计要求

4.2 自由滚转装置设计

4.2.1 气浮轴承设计

4.2.2 驱动电机与控制

4.3 气浮轴承设计计算

4.3.1 径向轴承

4.3.2 止推轴承

4.4 小结

5 动导数试验数据测量与处理系统设计

5.1 测量系统硬件配置

5.2 数据处理程序设计

5.2.1 强迫振动动导数数据处理程序

5.2.2 自由滚转动导数数据处理程序

5.3 小结

6 动导数试验装置风洞验证性试验

6.1 试验模型

6.2 试验状态

6.3 试验风洞

6.4 试验结果与分析

6.5 小结

7 总结与展望

7.1 小结

7.2 展望

致谢

参考文献

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摘要

动稳定导数简称动导数,是飞行器气动力系数和气动力矩系数对飞行器无因次旋转角速度或姿态角变化率的导数,是飞行器引导系统、控制系统以及动态品质分析所不可缺少的原始气动参数。随着我国高超声速飞行器、航天飞行器以及导弹等的发展,飞行器动导数的准确预测在高超声速领域内也日显重要,而目前的数值方法在预示飞行器动导数方面还相对困难,风洞试验仍是预测飞行器动导数的主要手段。为此,在我国目前最大的常规高超声速风洞——Φ1米高超声速风洞中研制了强迫振动和自由滚转两种动导数试验装置,并发展了相关的试验技术研究。本文主要开展了以下工作:
  一、通过对国内外动导数相关文献资料调研,掌握了国内外各类风洞动导数试验技术研究的现状,重点分析了单自由度自由振动和强迫振动动导数方法和原理。
  二、完成Φ1米高超声速风洞强迫俯仰/偏航振动、强迫滚转振动两套机械式动导数试验装置的设计、完成以气浮轴承为关键部件的自由滚转动导数试验装置设计。
  三、完成Φ1米高超声速风洞动导数试验数据采集硬件配置、基于单自由度振动动导数试验原理,完成两套动导数试验数据处理程序研制。
  四、在Φ1米高超声速风洞开展典型标模动导数试验,对新研制的强迫振动和自由滚转动导数试验装置进行了风洞验证,通过对试验数据的分析及与国外数据对比表明:标模动导数试验数据规律合理、试验数据重复性精度较高,新装置具备测量动导数的能力。

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