机弹分离投放试验垂直加速度模拟不足修正方法及装置
文献发布时间：2023-06-19 16:04:54
技术领域
本发明涉及一种机弹分离投放试验垂直加速度模拟不足修正方法及装置，即一种机弹分离模型投放试验垂直加速度模拟不足修正方法、修正装置，属于试验空气动力学领域。
背景技术
机弹分离问题是机载武器(也称为载弹)面临的一个重要问题，载弹在载机的干扰流场中会出现不可控的运动特性，极端情况会出现机弹相碰，危机机弹安全的现象，所以载弹在设计阶段必须开展机弹安全性考核试验，机弹分离模型投放试验是在风洞中进行机弹分离安全性考核的一种有效手段。
在风洞中进行机弹分离模型投放试验，需要进行载弹的动力学相似设计，高速风洞中由于需要模拟气动的压缩效应，马赫数相似是动力学相似必须要保证的基本条件，所以高速风洞中动力学相似设计比低速风洞要复杂的多，由于风洞试验模型的缩比效应，很难做到完全的动力学相似。目前，在高速风洞中普遍采用的是“轻模型法”动力学相似设计方法，该方法在法实际应用中较容易实现，但是存在垂直加速度模拟不足，对载弹下落的位移模拟不准确，使载弹在下落过程中受到的气动干扰模拟不真实，会导致姿态角不准确等问题，需要对得到的试验结果进行修正。常规的修正方法有试验中修正及试验后的公式修正，试验中修正方法存在难以实现或者修正效果不好等问题，而试验后的公式修正，只是对下落的位移进行了不足量的叠加，没有考虑在机弹分离过程中会出现“气动-运动-气动-运动”的耦合作用，载弹与载机分离过程中受到的气动干扰效应随下落位移变化，下落位移会影响载弹受到的气动干扰力/力矩特性，而载弹的气动力/力矩又会影响载弹的运动姿态。在风洞模型投放试验中，由于垂直加速度模拟不足导致的下落位移减小会对载弹受到的干扰气动力/力矩产生影响，不但影响载弹的下落位移还会影响载弹的姿态，所以试验后只对垂直位移进行补偿的方法不能对载弹的位置和姿态进行准确的修正。所以，需要建立一种能考虑下落位移不足对干扰气动力影响，并进行下落位移以及干扰气动力综合差量进行修正的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了垂直加速度模拟不足导致的机弹分离运动特性模拟不准问题。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种机弹分离投放试验垂直加速度模拟不足修正方法，包括：
通过图像识别，获得载弹的运动特性随时间的变化曲线；
根据载弹的运动特性随时间的变化曲线，采用气动参数辨识方法得到载弹在载机干扰流场中的气动系数；
利用载弹自由流气动系数、载弹在载机干扰流场中的气动系数，对载弹的干扰气动力进行建模；
利用载弹全尺寸的动力学参数，基于载弹的干扰气动力模型，进行载弹的运动学仿真，通过运动学仿真获得全尺寸载弹的运动特性。
优选的，所述采用气动参数辨识方法得到载弹在载机干扰流场中的气动系数，气动参数辨识时载弹动力学参数是风洞试验时使用的载弹的动力学相似参数，辨识后得到载弹气动参数是气动力系数随下落位移、姿态角变化的数据。
优选的，采用自由流气动力模型和气动力的扰动量模型，对载弹的干扰气动力进行建模。
优选的，载弹的干扰气动力模型为：
C＝C
式中，C
优选的，载弹自由流气动系数通过载弹的自由流风洞试验或CFD数值计算得到。
一种机弹分离投放试验垂直加速度模拟不足修正装置，包括：
运动特性模块，通过图像识别，用于获得载弹的运动特性随时间的变化曲线；
辨识模块，根据载弹的运动特性随时间的变化曲线，采用气动参数辨识方法得到载弹在载机干扰流场中的气动系数；
建模模块，利用载弹自由流气动系数、载弹在载机干扰流场中的气动系数，用于对载弹的干扰气动力进行建模；
修正模块，利用载弹全尺寸的动力学参数，基于载弹的干扰气动力模型，进行载弹的运动学仿真，通过运动学仿真获得全尺寸载弹的运动特性。
一种机弹分离投放试验方法，在风洞中进行机弹分离模型投放试验，获取载弹的试验数据，然后采用机弹分离投放试验垂直加速度模拟不足修正方法，对垂直加速度模拟不足进行修正，获取修正后的数据。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
(1)本发明方法能够实现对风洞模型投放试验中由于垂直加速度模拟不足导致的机弹分离运动特性模拟不准进行有效修正；
(2)本发明方法不仅修正了下落位移，还考虑了机弹分离过程中会出现“气动-运动-气动-运动”的耦合作用，对载弹运动姿态也进行了准确的修正；
(3)本发明方法，在试验后进行修正，具有方便实施的优势；
(4)本发明提高了分离投放试验模拟的准确度。
附图说明
图1为机弹分离模型投放试验垂直加速度模拟不足修正方法流程图；
图2为机弹干扰运动学仿真流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
实施例1
如图1所示，一种机弹分离模型投放试验垂直加速度模拟不足修正方法，包括如下步骤：
(1)通过对风洞模型投放试验的高速录像结果进行图像识别，得到载弹模型的运动特性随时间的变化曲线。
(2)根据载弹模型的运动特性随时间的变化曲线，采用气动参数辨识技术可以得到载弹模型受到的气动系数，气动参数辨识时载弹动力学参数是风洞试验时使用的模型的动力学相似参数，辨识后得到载弹气动参数是气动力系数随下落位移、姿态角变化的数据。
(3)结合载弹自由流气动系数，对载弹的干扰气动力进行建模，在载机的气动干扰作用下，在分离过程空基载荷的总的气动力及气动力矩可以分解为空基载荷在自由流场中的气动力及气动力矩和空基载荷受到载机干扰效应产生的气动力及气动力矩的增量，可以采用“自由流气动力模型+气动力的扰动量模型”的方法进行建模。建立空基载荷受到的干扰气动力的近似表达：
C＝C
式中，C
干扰气动力建模中载弹的自由流试验数据可以由载弹的自由流风洞试验获得，也可以通过CFD数值计算得到。
(4)采用基于干扰气动力模型的载弹运动仿真方法，运动学仿真流程如图2所示。干扰气动力模型包含自由流气动系数模型和干扰气动系数扰动量模型两部分，其中自由流气动系数模型有载弹的姿态相关，而干扰气动系数的扰动量模型与载弹姿态和载弹与载机的相对位置相关。把干扰气动力模型、载弹的动力学参数以及机弹分离的初始条件代入到载弹的六自由度运动方程中，按照不同的给定时间间隔，即可通过动力学仿真得到载弹的运动特性。
(5)图1对垂直加速度模拟不足修正中，动力学仿真采用的是真实飞行器的动力学参数，所以得到的载弹的运动特性即为真实参数下的运动特性，实现了对风洞试验时动力学相似参数垂直加速度模拟不足的修正。
实施例2
一种机弹分离投放试验垂直加速度模拟不足修正方法，包括：
通过图像识别，获得载弹的运动特性随时间的变化曲线；
根据载弹的运动特性随时间的变化曲线，采用气动参数辨识方法得到载弹在载机干扰流场中的气动系数；
利用载弹自由流气动系数、载弹在载机干扰流场中的气动系数，对载弹的干扰气动力进行建模；
利用载弹全尺寸的动力学参数，基于载弹的干扰气动力模型，进行载弹的运动学仿真，通过运动学仿真获得全尺寸载弹的运动特性。
一种机弹分离投放试验垂直加速度模拟不足修正装置，包括：
运动特性模块，通过图像识别，用于获得载弹的运动特性随时间的变化曲线；
辨识模块，根据载弹的运动特性随时间的变化曲线，采用气动参数辨识方法得到载弹在载机干扰流场中的气动系数；
建模模块，利用载弹自由流气动系数、载弹在载机干扰流场中的气动系数，用于对载弹的干扰气动力进行建模；
修正模块，利用载弹全尺寸的动力学参数，基于载弹的干扰气动力模型，进行载弹的运动学仿真，通过运动学仿真获得全尺寸载弹的运动特性。
优选的，所述采用气动参数辨识方法得到载弹在载机干扰流场中的气动系数，气动参数辨识时载弹动力学参数是风洞试验时使用的载弹的动力学相似参数，辨识后得到载弹气动参数是气动力系数随下落位移、姿态角变化的数据。
优选的，采用自由流气动力模型和气动力的扰动量模型，对载弹的干扰气动力进行建模。
优选的，载弹的干扰气动力模型为：
C＝C
式中，C
优选的，载弹自由流气动系数通过载弹的自由流风洞试验或CFD数值计算得到。
一种机弹分离投放试验方法，在风洞中进行机弹分离模型投放试验，获取载弹的试验数据，然后采用机弹分离投放试验垂直加速度模拟不足修正方法，对垂直加速度模拟不足进行修正，获取修正后的数据。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。