本發(fā)明屬于風(fēng)洞試驗(yàn)，具體涉及一種適用于多噴流干擾的雙體捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)方法。

背景技術(shù)：

1、近年來(lái)，隨著飛行器的快速發(fā)展，面臨的問(wèn)題更為復(fù)雜，當(dāng)質(zhì)量與體積相當(dāng)?shù)闹黧w與分離體分離時(shí)，分離過(guò)程中存在的主體與分離體之間復(fù)雜的流動(dòng)干擾使得雙體飛行姿態(tài)均會(huì)產(chǎn)生顯著變化。這種情況下，一體固定，另一體進(jìn)行捕獲軌跡的單體捕獲軌跡（ captive? trajectory?simulation，cts）試驗(yàn)技術(shù)已不能滿足模擬需求。為此，雙體捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)技術(shù)應(yīng)需而生，它能夠在風(fēng)洞中同步模擬雙體分離時(shí)各自的運(yùn)動(dòng)軌跡和氣動(dòng)特性。

2、通常，在雙體捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)中，給定初始分離狀態(tài)，可在一次吹風(fēng)試驗(yàn)中獲取受初始分離狀態(tài)影響的雙體各自分離軌跡和氣動(dòng)特性。但是，對(duì)于一些帶噴流動(dòng)力分離，尤其是分離過(guò)程中需要切換不同噴流工況的復(fù)雜分離場(chǎng)景而言，受模型空間、噴流裝置布設(shè)難度及風(fēng)洞運(yùn)行時(shí)間限制，很難在一次吹風(fēng)試驗(yàn)中獲取全部噴流工況下的軌跡捕獲和氣動(dòng)特性。

3、典型的具有多噴流干擾的雙體復(fù)雜分離過(guò)程描述如下：（1）雙噴流階段：分離體（前體）的軸向分離發(fā)動(dòng)機(jī)工作，使分離體沿軸向運(yùn)動(dòng)拔離主體（后體）；（2）三噴流階段：分離體的法向分離發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作，法向分離發(fā)動(dòng)機(jī)與軸向發(fā)動(dòng)機(jī)共同作用，推動(dòng)分離體偏離軸向運(yùn)動(dòng)；（3）單噴流階段：軸向發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)機(jī)，分離體在法向發(fā)動(dòng)機(jī)作用下繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)離主體。

4、為了實(shí)現(xiàn)對(duì)上述典型的具有多噴流干擾的雙體復(fù)雜分離過(guò)程的全過(guò)程模擬，亟需發(fā)展一種適用于多噴流干擾的雙體捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種適用于多噴流干擾的雙體捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)方法。

2、本發(fā)明的適用于多噴流干擾的雙體捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)方法，基于現(xiàn)有的雙體捕獲軌跡試驗(yàn)系統(tǒng)，雙體捕獲軌跡試驗(yàn)系統(tǒng)用于支撐主體和分離體的雙體模型并進(jìn)行軌跡模擬；雙體捕獲軌跡試驗(yàn)系統(tǒng)包括位于上部的六自由度cts機(jī)構(gòu)、位于下部的五自由度cts機(jī)構(gòu)、上位機(jī)、下位機(jī)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、實(shí)時(shí)氣動(dòng)解算模塊和控制系統(tǒng)；其中，六自由度cts機(jī)構(gòu)的六個(gè)自由度，分別是 x1軸移動(dòng)、 y1軸移動(dòng)、 z1軸移動(dòng)、 α1角轉(zhuǎn)動(dòng)、 β1角轉(zhuǎn)動(dòng)和 γ1角轉(zhuǎn)動(dòng)；五自由度cts機(jī)構(gòu)的五個(gè)自由度，分別是 x2軸移動(dòng)、 y2軸移動(dòng)、 α2角轉(zhuǎn)動(dòng)、 β2角轉(zhuǎn)動(dòng)和 γ2角轉(zhuǎn)動(dòng)；包括以下步驟：

3、s10.確定分段接續(xù)模擬試驗(yàn)方案；

4、按噴流開(kāi)啟時(shí)間進(jìn)行分段，將多噴流分段干擾的雙體捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)分三次試驗(yàn)完成，依次為雙噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)、三噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)和單噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)，進(jìn)行具有多噴流干擾的雙體復(fù)雜分離過(guò)程的全過(guò)程模擬；

5、s20.設(shè)計(jì)制作試驗(yàn)裝置；

6、試驗(yàn)裝置包括分離體模型、分離體模型支撐、分離體模型六分量測(cè)力天平、分離體模型噴流模擬裝置，以及主體模型、主體模型支撐、主體模型六分量測(cè)力天平；分離體模型噴流模擬裝置通過(guò)調(diào)節(jié)器獨(dú)立實(shí)現(xiàn)雙噴流工況、三噴流工況和單噴流工況三種噴流工況；

7、s30.安裝試驗(yàn)裝置；

8、將分離體模型通過(guò)分離體模型支撐正裝在五自由度cts機(jī)構(gòu)上，分離體模型內(nèi)置分離體模型噴流模擬裝置及分離體模型六分量測(cè)力天平；分離體模型噴流模擬裝置按照分段試驗(yàn)方案，預(yù)先設(shè)置為雙噴流工況、三噴流工況和單噴流工況三種噴流工況；將主體模型通過(guò)主體模型支撐正裝在六自由度cts機(jī)構(gòu)上，主體模型內(nèi)置主體模型六分量測(cè)力天平；將分離體模型和主體模型統(tǒng)稱為雙體模型；

9、s40.進(jìn)行雙噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)；

10、試驗(yàn)前，將分離體模型噴流模擬裝置的噴流工況設(shè)置為雙噴流狀態(tài)；分別給定分離體模型和主體模型的位置和姿態(tài)角，將分離體模型運(yùn)動(dòng)至分離初始位姿點(diǎn)s1、主體模型運(yùn)動(dòng)至分離初始位姿點(diǎn)x1；

11、開(kāi)展雙噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)；啟動(dòng)分離體模型噴流模擬裝置進(jìn)行雙噴流，直至噴流流場(chǎng)穩(wěn)定；啟動(dòng)風(fēng)洞，風(fēng)洞來(lái)流流場(chǎng)穩(wěn)定后，從 t1時(shí)刻開(kāi)始，同時(shí)采集雙體模型在分離初始位姿點(diǎn)s1和x1的氣動(dòng)數(shù)據(jù)；再對(duì)雙體模型從各自的分離初始位姿點(diǎn)s1和分離初始位姿點(diǎn)x1開(kāi)始進(jìn)行連續(xù)軌跡控制，并同步采集雙體模型的氣動(dòng)數(shù)據(jù)；連續(xù)軌跡控制過(guò)程如下：

12、首先，根據(jù)分離初始位姿點(diǎn)s1和x1的氣動(dòng)數(shù)據(jù)氣動(dòng)解算出下一個(gè)時(shí)刻 t2對(duì)應(yīng)的軌跡點(diǎn)s2和x2的位姿和速度，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分配；規(guī)劃s1~s2段軌跡和x1~x2段軌跡，在s1~s2段軌跡和x1~x2段軌跡內(nèi)分別設(shè)置n個(gè)測(cè)量點(diǎn)，n≥10；其次，六自由度cts機(jī)構(gòu)、五自由度cts機(jī)構(gòu)分別驅(qū)動(dòng)分離體模型和主體模型按規(guī)劃軌跡運(yùn)動(dòng)，并在雙體模型從分離初始位姿點(diǎn)s1和x1運(yùn)動(dòng)到軌跡點(diǎn)s2和x2之前的第n個(gè)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、氣動(dòng)解算、運(yùn)動(dòng)分配并采用與s1~s2段軌跡和x1~x2段軌跡相同的方式規(guī)劃s2~s3段軌跡和x2~x3段軌跡；再次，在未達(dá)到軌跡點(diǎn)s2和x2時(shí)，雙體模型始終按照之前各自規(guī)劃的軌跡運(yùn)動(dòng)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)到軌跡點(diǎn)s2和x2時(shí)，雙體模型按照各自規(guī)劃的s2~s3段和x2~x3軌跡運(yùn)動(dòng)；然后，采用相同方式，直至雙體模型運(yùn)動(dòng)至最終軌跡點(diǎn)sn和xn；至此，雙噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)束，雙體模型完成了各自的分離軌跡捕獲，獲得雙體模型各自質(zhì)心相對(duì)分離初始位姿點(diǎn)s1和x1的姿態(tài)角及位移（θ、ψ、φ、 x、 y、 z）隨分離時(shí)間的分離軌跡以及氣動(dòng)特性；最后，關(guān)閉風(fēng)洞；

13、其中，θ為俯仰角，ψ為偏航角，φ為滾轉(zhuǎn)角， x為軸向位移， y為法向位移， z為側(cè)向位移；

14、s50.進(jìn)行三噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)；

15、試驗(yàn)前，將分離體模型噴流模擬裝置的噴流工況設(shè)置為三噴流狀態(tài)；

16、將雙噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的雙體模型的最終軌跡點(diǎn)sn和xn，定義為三噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)分離初始位姿點(diǎn)s1和x1；

17、重復(fù)s40的雙噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)過(guò)程，完成三噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)；獲得三噴流狀態(tài)下雙體模型各自的氣動(dòng)特性和分離軌跡；

18、s60.進(jìn)行單噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)；

19、試驗(yàn)前，將分離體模型噴流模擬裝置的噴流工況設(shè)置為單噴流狀態(tài)；

20、將三噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的雙體模型的最終軌跡點(diǎn)sn和xn，定義為單噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)分離初始位姿點(diǎn)s1和x1；

21、重復(fù)s40的雙噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)過(guò)程，完成單噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)；獲得三噴流狀態(tài)下雙體模型各自的氣動(dòng)特性和分離軌跡；

22、s70.分析和處理分段試驗(yàn)數(shù)據(jù)；

23、將雙噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)、三噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)和單噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)的三次試驗(yàn)結(jié)果按飛行器分離過(guò)程中噴流開(kāi)啟時(shí)間進(jìn)行接續(xù)，獲得多噴流干擾下，雙體模型分離全過(guò)程的分離軌跡和氣動(dòng)特性。

24、進(jìn)一步地，雙體捕獲軌跡試驗(yàn)系統(tǒng)將五自由度cts機(jī)構(gòu)的z向位移分配給六自由度cts機(jī)構(gòu)的z向位移，解決了五自由度cts機(jī)構(gòu)不具備 z向自由度的問(wèn)題，在保證雙體模型z向相對(duì)運(yùn)動(dòng)位置關(guān)系不變的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了雙體模型各自的六自由度運(yùn)動(dòng)，即雙體模型總體的十二自由度的軌跡捕獲。

25、進(jìn)一步地，所述的軌跡捕獲根據(jù)試驗(yàn)要求設(shè)定重力影響量。

26、進(jìn)一步地，s40所述的氣動(dòng)解算，包括以下步驟：

27、雙體捕獲軌跡試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，通過(guò)雙體模型各自的六分量測(cè)量天平測(cè)量噴流干擾下的雙體模型各自的氣動(dòng)載荷，通過(guò)下位機(jī)計(jì)算雙體模型各自的氣動(dòng)系數(shù)，并根據(jù)雙體模型各自的初始條件和輸入?yún)?shù)，通過(guò)下位機(jī)解算全尺寸雙體模型各自的六自由度剛體運(yùn)動(dòng)方程，獲得雙體模型在初始位置和姿態(tài)角下的加速度并經(jīng)積分獲得時(shí)間間隔δt后雙體模型的速度以及位置和姿態(tài)角，再通過(guò)天地轉(zhuǎn)換至風(fēng)洞中雙體模型的軌跡點(diǎn)s2和x2的位姿和速度。

28、進(jìn)一步地，所述的雙噴流工況的初始條件為起始位置、角度和速度；輸入?yún)?shù)為雙體模型各自的姿態(tài)角、飛行高度、馬赫數(shù)，以及雙體模型各自的質(zhì)量、慣性矩、阻尼導(dǎo)數(shù)、推力和彈射力；三噴流工況，以雙噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)束時(shí)刻的位姿、噴流推力及速度作為輸入?yún)?shù)；單噴流工況，以三噴流捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)束時(shí)刻的位姿、噴流推力及速度作為輸入?yún)?shù)。

29、簡(jiǎn)而言之，本發(fā)明的適用于多噴流干擾的雙體捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)方法，首先，在給定的初始攻角、側(cè)滑角、相對(duì)位姿、噴流推力下，開(kāi)展雙噴流工況下的雙體捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)，然后以雙噴流結(jié)束時(shí)刻的雙體的位姿、噴流推力及速度等作為輸入?yún)?shù)開(kāi)展三噴流工況下的雙體捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)，接下來(lái)再以三噴流結(jié)束時(shí)刻的位姿、噴流推力和速度等作為輸入?yún)?shù)開(kāi)展單噴流工況下的雙體捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)，分段獲得三種噴流工況下的雙體分離軌跡和氣動(dòng)特性。最后，將三次雙體捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果按真實(shí)分離過(guò)程中噴流開(kāi)啟時(shí)間進(jìn)行接續(xù)，最終實(shí)現(xiàn)具有多噴流干擾的雙體復(fù)雜分離過(guò)程的全過(guò)程模擬。

30、本發(fā)明的適用于多噴流干擾的雙體捕獲軌跡風(fēng)洞試驗(yàn)方法在多噴流復(fù)雜干擾場(chǎng)景下按噴流開(kāi)啟時(shí)間進(jìn)行分段接續(xù)，實(shí)現(xiàn)了具有多噴流干擾的雙體復(fù)雜分離過(guò)程的全過(guò)程模擬，具有工程實(shí)用價(jià)值。