[发明专利]一种飞艇附加质量的水动力模型试验装置及方法

说明书

本发明提供一种飞艇附加质量的水动力模型试验方法，包括：飞艇水动力模型4在空气中分别进行各个运动方向上的强迫正弦周期性往复运动，得到空气中各个运动方向上的时历力和力矩；在水中分别进行各个运动方向上的强迫正弦周期性往复运动，得到水中各个运动方向上的时历力和力矩；将水中的时历力和力矩，与空气中的时历力和力矩，对应相减，求得飞艇水动力模型4各个方向上力和力矩关于运动的同相分量和正交分量，并通过换算得到各个方向上力和力矩的线速度导数、角速度导数、线加速度导数和角加速度导数；对飞艇水动力模型4的线加速度导数或角加速度导数取反，获得各个运动方向的附加质量；根据各个运动方向的附加质量，获得飞艇附加质量矩阵。

技术领域

本发明涉及测量领域，具体涉及一种飞艇附加质量的水动力模型试验装置及方法。

背景技术

附加质量是指物体在流体中作加速运动时，引起周围流体作加速运动，由于流体存在惯性，表现为对物体存在反作用力，推动物体运动的力大于物体本身的惯性力，对应大于物体本身惯性力的质量即为附加质量。与飞机相比，飞艇具有体积大，速度慢的特点，其惯性特征十分显著，根据流体力学原理，必须考虑其所受的流体惯性力，附加质量的获得必不可少。通过试验主要获得方法是在风洞中进行强迫振动动稳定性试验。

CN106840574A介绍了一种用于风洞动导数强迫振动的装置；陈建中在《空气动力学学报》2016年05期发表的“2m量级高速风洞强迫振动动导数试验技术研究”中提及了基于小振幅强迫振动动导数试验原理的一套俯仰、横滚及偏航的三通道动导数试验技术。动导数试验技术不能满足飞艇附加质量测量的要求，主要体现在以下几个方面：(1)在此动导数试验方法中，动导数试验方法只能提供俯仰、横滚及偏航三个方向的运动，即三方向姿态角度为0°的动导数试验，只可以求得三个转动方向的附加质量，缺少了三个平动方向的附加质量。(2)主要技术难点表现在浮空器附连质量的流体介质是空气，但其受力和力矩测量值很小，天平反应不明显。

发明内容

本发明的目的就是针对上述之不足，而提供一种飞艇附加质量的水动力模型试验方法。通过缩比模型水动试验，测试其各方向惯性力的大小，通过换算求得飞艇附连质量矩阵，不需要二次安装和调试。

第一方面，本发明提供一种飞艇附加质量的水动力模型试验装置，所述水动力模型试验装置包括六自由度运动平台1、连接杆2、六分量天平3、飞艇水动力模型4，其中：

六自由度运动平台1为包括六个饲服电动缸的Stewart结构六自由度运动模拟装置，用于分别向飞艇水动力模型4提供六个方向的运动，六自由度运动平台1的下方利用连接杆2与六分量天平3连接；六分量天平3设置在飞艇水动力模型4上，六分量天平3是测量三个平动方向上力和三个转动方向上力矩的传感器，六分量天平3防水等级为I P68，六分量天平3的坐标原点、方向与飞艇水动力模型4坐标原点、方向是一一对应重合，飞艇水动力模型4在水压作用下保持不透水的密闭性能，在空气中和水中质量不发生变化，飞艇水动力模型4为相对舯纵面左右对称的模型。

第二方面，本发明提供一种飞艇附加质量的水动力模型试验方法，所述方法应用于如权利要求1所述的水动力模型试验装置，方法包括：

飞艇水动力模型4在空气中分别进行各个运动方向上的强迫正弦周期性往复运动，得到空气中各个运动方向上的时历力和力矩；

飞艇水动力模型4在水中分别进行各个运动方向上的强迫正弦周期性往复运动，得到水中各个运动方向上的时历力和力矩；

将水中的时历力和力矩，与空气中的时历力和力矩，对应相减，求得飞艇水动力模型4各个方向上力和力矩关于运动的同相分量和正交分量，并通过换算得到各个方向上力和力矩的线速度导数、角速度导数、线加速度导数和角加速度导数；

对所述飞艇水动力模型4的各个方向上力和力矩的线加速度导数或角加速度导数取反，获得各个运动方向的附加质量；