大跨度气动弹性风洞模型的设计和测试

原标题:大跨度气动弹性风洞模型的设计和测试

大跨度气动弹性风洞模型的设计和测试

固定在TDT中的模型

瑞典KTH和美国NASA兰利研究中心的研究人员设计并建立了一个气动弹性风洞模型,用于NASA兰利研究中心的跨声速动力学风洞(TDT)中的测试。

飞机的模型结构是一种具有后掠翼和前翼的现代轻型战斗机。该模型的所有升力面和机身外壳均采用复合材料设计。提升面连接到一个内部主干结构,使用铝支柱和舱壁转移空气动力载荷到支柱上。机翼的设计也采用了坚固的内部结构,为机外挂载提供了强有力的支持,又不会使整体机翼太过坚硬。机外挂载界面以塔架的形式,摇摆支撑和预张力安排的附加细节建模,以实现真实的动力学。

大跨度气动弹性风洞模型的设计和测试

模型内部数据系统

该模型配备了大量加速度计、应变仪和测压孔。测试中还使用了一种新的非定常压力测量系统,从机翼表面近200个压力孔中获得了精确的非定常压力数据。用三种不同配置的模型在空气和重气体中进行了风洞试验。同时测量了模型变形和机翼表面压力,获得了大量的静态和动态气动弹性数据。

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TDT中安装了Qualisys光学运动捕捉摄像机

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机翼上装有主动发光标记点

该试验中,首次使用了光学运动捕捉系统进行此类测试,使其能够在风洞试验期间准确测量模型变形。在TDT中的测试,有许多带玻璃的窗户提供光源,其中4个窗口安装了运动捕捉摄像机。测试中,选用了主动发光标记点,在较高的动态压力下稳定地保持在模型上。

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Qualisys光学运动捕捉系统测试模型刚度

本研究还采用光学变形测量系统对模型的刚度进行测试。被动发光标记点放置在机翼和鸭翼表面,并作为自重负荷进行追踪。在可行的情况下,将载荷施加在与标记点相同的位置,以生成一个柔性矩阵。

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模型几何图

在TDT中执行测试是一项复杂的任务,本研究的结果在许多方面都比预期的要好。在测试之前,KTH的工作人员对模型内部的计算机系统和光学运动捕捉摄像机系统在高温、低压、重气体和振动的恶劣环境下的工作效果有严重的怀疑。然而,这两个系统基本上都表现得十分完美。内部计算机系统出现了一个通信故障,经检查是由于一根光纤以太网电缆在从支柱到控制室之间弯成一个尖锐的扭结造成的。光学运动捕捉系统的一个摄像机出现了一些干扰,这是由它旁边的一个灯泡的热量引起的。一旦灯泡被移除,问题就得以解决。

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0.9马赫的颤动

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颤动中的加速度和标记点数据

实验表明,该模型所采用的结构概念取得了巨大的成功。当模型在翼尖加速度超过50克的情况下经历了剧烈的颤动,即使具有沉重的外部挂件,这个灵活但仍然非常强大的机翼结构的所有模型部件的位置仍保持原状。

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Nastran模型的CFD网格体

今后最重要的改进将是使用具有更好时间精度和数据的时间戳。TDT和KTH都有GPS系统的硬件,可以提供精确的时间信息,可达到全球时间参考的微秒精度。由于所有系统都将其数据导入到一个共同的时间参考中,因此在测试后可以直接同步所有数据,而不必连接完全不同的测量系统及其计算机。返回搜狐,查看更多

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