基於載荷辨識的脈衝燃燒風洞模型測力方法研究

《基於載荷辨識的脈衝燃燒風洞模型測力方法研究》是依託中國空氣動力研究與發展中心，由王鋒擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於載荷辨識的脈衝燃燒風洞模型測力方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王鋒
• 依託單位：中國空氣動力研究與發展中心

項目摘要

脈衝燃燒風洞是高超聲速飛行器地面試驗的重要設備，具有建造和試驗成本低廉等優點。脈衝燃燒風洞工作時間很短（300ms左右），對試驗系統的回響速度提出了較高的要求。隨著試驗模型尺度不斷增大（目前長度超過4米），質量隨之增大（已接近1噸），試驗系統的回響速度降低，結構振動也難以衰減，連續式風洞所用的常規測力方法越來越難以獲得良好的測力結果。本項目擬採用載荷辨識的方法，利用天平輸出信號和系統動力學方程反算試驗模型所受氣動載荷，此方法不需要試驗系統有很高的回響速度，對試驗模型的質量大小沒有限制，同時可以適當降低天平測量元件的剛度，提高天平靈敏度，進而提高測量精度，適用於在脈衝燃燒風洞中開展大尺度模型的測力試驗，充分發揮脈衝燃燒風洞的優勢。本項目主要研究內容包括：試驗系統動力學建模、天平設計、載荷辨識方法研究以及風洞試驗驗證。要解決的關鍵科學問題為試驗系統的高精度建模和基於結構應變回響的載荷辨識方法。

結題摘要

本項目以脈衝型風洞（有效試驗時間在二三百毫秒）的模型測力系統為對象，研究了如何由天平信號反求試驗模型氣動載荷的問題。主要研究內容是測力系統的結構動力學模型建立方法和模型載荷辨識方法。建模方法方面分別研究了基於有限元與子結構模態綜合相結合的數值建模方法和通過系統動態標定的試驗建模方法，前者導出微分方程描述，後者給出系統脈衝回響函式矩陣描述。模型載荷辨識方法方面，針對動態載荷研究了Krylov子空間投影與Tikhonov正則化相結合的混合正則化方法和先用參數辨識法得到載荷主分量再用正則化方法求解剩餘分量的兩步法，針對穩態載荷研究了參數化辨識方法。正則化參數確定是反問題正則化求解的關鍵，針對載荷辨識問題的Tikhonov正則化方法提出了確定正則化參數的虛擬載荷方法，針對一般性反問題的Tikhonov正則化方法提出了通過隱式地對離散Picard曲線進行平滑而確定正則化參數的新方法。本項目的研究成果可直接套用於脈衝型風洞模型測力試驗，提高載荷精度，還可推廣套用於諸如爆震發動機等新型脈衝式發動機的推力測量；本項目研究提出的正則化參數確定方法也為其它反問題的求解提供了新的有效工具。