[发明专利]一种基于加速度信号近似熵的风洞试验天平的评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及航空航天飞行器风洞试验天平的校准与评估方法，尤其涉及一种基于加速度信号近似熵的风洞试验天平的评估方法。

背景技术

航空航天飞行器的研制过程中，为了了解飞行器性能、降低飞行器研制风险和成本，通常会进行风洞模型试验。在各种试验条件下对飞行器试验模型受到的气动力大小、力矩进行测量，是风洞试验中最基本的实验项目。其测试原理是，在风洞的底部固定一模型支座，模型支座的上端穿入试验模型中与天平的固定端螺纹连接，天平的测量端与试验模型中的模型框架螺纹连接；模型框架又通过螺栓固定连接试验模型。试验时，往风洞通入特定风速的气流，试验模型受到相应的气动力和力矩的作用，该气动力和力矩通过模型框架传递给支座上端的天平，由天平感应和测量出气流作用在模型上的沿垂直坐标分解的三个气动力和力矩分量。由天平感应和测量出六个自由度上的气动力和力矩。将天平（受到）测出的气动力和力矩推断为试验模型受到的气动力和力矩。

由于气动力和力矩从试验模型向模型框架及天平传递时，试验模型与模型框架的连接螺栓，模型框架与天平的连接螺栓，模型框架本身均会对传递的气动力和力矩造成衰减和干扰，导致风洞模型试验中，气动力和力矩的测试误差大，精度低。因此，需要对天平校正或评估。

现有的天平校准技术多为在天平校准设备上，对天平施加标准载荷，并采集天平输出信号，计算天平各分量的输出信号与标准载荷的变化关系。这种校准方法周期长、步骤多，且只能对天平的静态特性进行校准，无法对实际工况下天平的动态特性进行评估，导致实际工况下的风洞试验的力学数据的准确度和可靠性难以确定，不能准确、可靠的评价航空航天飞行器的性能，也不能为航空航天飞行器提供准确、可靠的试验数据。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于加速度信号近似熵的风洞试验天平的评估方法,该方法能够实现实际工况下的航空航天飞行器风洞模型试验中天平动态输出特性的评估，使航空航天飞行器风洞模型试验的气动力和力矩的测试误差在允许的范围内，风洞实验测出的力学数据更准确、可靠；从而能更准确、可靠的评价航空航天飞行器的性能，也能为航空航天飞行器提供更准确、可靠的试验数据。

本发明为实现其发明目的所采用的技术方案是：一种基于加速度信号近似熵的风洞试验天平的评估方法,其步骤如下：

A、试验前，在飞行器模型的顶端内壁、模型框架和天平上分别安装模型三向加速度传感器、框架三向加速度传感器和天平三向加速度传感器，模型三向加速度传感器、框架三向加速度传感器和天平三向加速度传感器的信号输出端均与信号调理仪相连；信号调理仪还通过数据采集设备与计算机相连；

B、模拟实际工况，对飞行器模型进行风洞试验；试验的同时，模型三向加速度传感器、框架三向加速度传感器和天平三向加速度传感器将各自测出的加速度信号f^pv(t)以采样频率L通过信号调理仪送入计算机；其中p=1，2，3，分别表示模型三向加速度传感器、框架三向加速度传感器和天平三向加速度传感器上采集的加速度信号，v=X,Y,Z分别表示三向加速度传感器在X、Y、Z方向上采集到的加速度信号，t=1,2,3,…,N,代表信号f^pv(t)的采样点的序列数,N为总采样点数；

C、计算机通过傅里叶变换将每路加速度信号f^pv(t)变换成频谱信号φ^pv(ω)；其中ω=1,2,…,L/2为频率；并将每路频谱信号φ^pv(ω)在0～300Hz频率段均分成六个频带，提取频谱信号φ^pv(ω)在频带i的加速度信号的近似熵特征值i=1,2,…,6，i为频带的序号；

D、将由模型三向加速度传感器得到的X、Y、Z方向上的加速度信号在频带i的近似熵特征值与由框架三向加速度传感器得到的X、Y、Z方向上在频带i的加速度信号的近似熵特征值分别按下式计算得到X、Y、Z方向上在频带i的模型加速度与框架加速度的相对差值