[发明专利]基于相似理论的实验室风洞尾支杆隔振平台设计方法

说明书

本发明提供一种基于相似理论的实验室风洞尾支杆隔振平台设计方法，包括：对风洞尾支杆隔振模型的隔振方程进行无量纲化分析，得到隔振模型的相似准则，进而得到风洞尾支杆相似与材料、截面、长度、刚度等参数有关。通过量纲齐次原则，确定尾支杆尺寸、密度、弹性模量、固有频率等参数的相似比，依据此参数相似比搭建实验室风洞尾支杆隔振平台。采用本发明，可以得到性能相似的小尺度实验室风洞尾支杆隔振模型，使尾支杆的力学行为具有通用性，缩短开发周期、降低研发成本。

技术领域

本发明涉及风洞尾支杆隔振技术领域，具体涉及一种基于相似理论的实验室风洞尾支杆隔振平台设计方法。

背景技术

风洞作为空天飞行器上天飞行的检验工具，各国开展了诸多大型风洞设备及技术的研究。在开展空天飞行器风洞试验时，由于气流的影响，模型会出现振动的情况，直接影响了试验的测试结果，严重时可能导致设备自身结构损坏。为提高试验测试精度，通常在风洞尾支杆尾部安装隔振装置。随着新型智能化隔振器件的出现，将其应用在风洞尾支杆隔振装置中的理论研究有很多，但将新型智能化隔振器件应用在实际的风洞尾支杆隔振系统中需要大量的试验验证。由于现在的通用风洞尾枝干隔振平台基本上都是大型的，其在实验室进行实物研究成本非常高且难以实现，因此对其小型化研究就尤为重要。

然而，仅根据通用风洞尾支杆隔振平台的实际结构做简单的几何相似及等比例缩小并不能够完全反应出隔振器件等形成的隔振模型的动力学特性。

因此，现在急需一种能够在实验室用的小尺度风洞尾支杆隔振平台设计方法，以便能够设计出在实验室风洞尾支杆隔振平台。

发明内容

本发明提供了一种基于相似理论的实验室风洞尾支杆隔振平台设计方法，用于解决通用风洞尾支杆隔振平台采用几何相似等比例缩小的实验室风洞尾支杆隔振平台无法反映出实际风洞尾支杆隔振平台性能的问题。

为解决以上问题，提供如下方案：

基础方案：基于相似理论的实验室风洞尾支杆隔振平台设计方法，从通用风洞尾支杆隔振平台提取隔振模型，从隔振模型中提取风洞尾支杆动力学特征方程；将风洞尾支杆动力学特征方程进行无量纲化，找出与尾支杆相似的影响因素；然后通过量纲齐次原则确定通用风洞尾支杆隔振平台与实验室风洞尾支杆隔振平台的各影响因素的参数相似比；通过每个影响因素以及对应的参数相似比，将通用风洞尾支杆隔振平台中的各个组件缩小成实验室风洞尾支杆隔振平台；

所述风洞尾支杆动力学特征方程为：

其中ρ为尾支杆的密度，E为尾支杆的弹性模量，I为横截面对中性轴的惯性矩，S为横截面的面积，y为微元的振动位移，x为微元所在的位置，t为时间。

本方案的优点在于：

相比于直接采用几何方式进行等比例缩放，本方案充分考虑到通用风洞尾支杆隔振平台的隔振性能，使设计得到的实验室风洞尾支杆隔振平台虽然尺寸变小但是其隔振性能不变。而基于无量纲的相似理论是比较成熟的方法，能够快速精准地完成相关参数计算。

本方案将风洞尾支杆隔振模型进行无量纲化，找出尾支杆相似的影响因素；进而通过量纲齐次原则确定尾支杆相似的参数相似比；以此搭建实验室用小尺度尾支杆隔振平台可以反映实际工程试验平台的隔振性能。本方案对搭建能够反映大型实际工程平台的力学行为研究具有通用性。

进一步，将风洞尾支杆动力学特征方程进行无量纲化时，按照以下内容确定相似准则：

令其中Y为最大振动位移、ω为固有频率，X为尾支杆长度，则：

将风洞尾支杆动力学特征方程无量纲化：

整理可得隔振模型的相似准则：