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低速风洞绳牵引并联机构支撑的模型气动载荷测量研究
摘要
本文研究了低速风洞绳牵引并联机构支撑的模型气动载荷的测量。使用了一种基于压电传感器的方法，对模型各个部位的气动压力进行了实时测量，并对各个部位的压力变化进行了分析和比较。通过实验发现，该方法可以有效地测量模型的气动载荷，为飞行器的设计和优化提供了重要的参考数据。
关键词：低速风洞、绳牵引并联机构、气动载荷测量、压电传感器、飞行器设计
一、引言
风洞试验是飞行器设计和优化的常用方法之一，通过对模型在风洞中的表现进行测试，可以获得各种气动参数，并评估飞行器的性能和操纵性。低速风洞是针对低速气动研究而建立的实验装置，可以模拟低速飞行器在大气中的飞行状态，是飞行器研究和设计中重要的实验手段。
在低速风洞实验中，模型的气动性能参数是评估其性能的关键因素。传统的方法是通过测量风洞内的静压、动压和流速来计算模型的气动参数，但这种方法存在各种限制和局限，而且误差较大。因此，对模型各部位的气动压力进行实时测量，是一种更精确、有效的测量方法。
本文介绍了一种低速风洞绳牵引并联机构支撑的模型气动载荷测量方法。使用压电传感器对模型各部位的气动压力进行实时测量，并对各个部位的压力变化进行分析和比较。通过实验验证了该方法的可行性和准确性，为飞行器的设计和优化提供了重要的参考数据。
二、设计方案
1、实验设备
本实验采用了低速风洞装置，风洞进口管口直径为2.5m，风速范围为0-26m/s，通常用于模拟低速条件下的飞行状态。实验模型采用了绳牵引并联机构支撑的布局形式，即通过多根绳索将模型吊挂在支架上，并利用绳索的张力来保持模型在合适的姿态下。这种支撑方式可以有效地降低支撑系统对模型的干扰，提高测量精度。实验采用了三维设计软件进行模型设计，并采用了3D打印技术制造模型。模型主体长度为0.3m，主翼展长为0.5m，几何形状和飞行器外形比较相似，可以模拟低速条件下的飞行状态。
2、气动载荷测量方法
本实验采用了基于压电传感器的气动载荷测量方法。压电传感器是一种将压力变化转化为电信号输出的传感器，具有快速、灵敏、精确等优点，可以实现对模型各个部位的气动压力进行实时测量。为了保证测量精度，采用多点测量的方法，即将多个传感器安装在模型不同部位进行测量，并将各个传感器的数据进行集成处理。
3、数据采集与分析
本实验采用了NI公司的数据采集板卡对压电传感器的数据进行采集和处理。采集板卡的采样率可达10kS/s，可以满足实时采集和处理的需要。数据处理方面，采用了LabVIEW软件对数据进行处理和分析，以获得模型各部位的气动载荷数据，同时对数据进行了可视化处理，方便数据的分析和比较。
三、实验结果与分析
为了验证所提出的气动载荷测量方法的可行性和准确性，我们对模型进行了实验测量，并对实验结果进行了分析和比较。实验结果显示，采用压电传感器进行多点测量，可以实时捕捉到模型各个部位的气动压力变化，同时可以将不同部位的数据进行集成处理，获得模型的综合气动载荷数据。
通过对模型不同部位的气动载荷数据进行分析，可以发现不同部位的气动压力变化幅度和频率不同。例如，主翼根部的气动压力变化幅度较大，而尾翼的气动压力变化频率较高。这些差异性和规律性是很有价值的，可以为飞行器的设计和优化提供重要的参考数据。
四、结论与展望
本文研究了低速风洞绳牵引并联机构支撑的模型气动载荷的测量方法。实验结果显示，采用基于压电传感器的气动载荷测量方法可以实现对模型各个部位的气动压力进行实时测量，并获得准确、可靠的气动载荷数据。这种方法可以为飞行器的设计和优化提供重要的参考数据。
未来，我们将继续探索更精确、更稳定的气动载荷测量方法，并将研究重点放在如何利用气动载荷数据对飞行器进行性能和操纵性分析和优化。同时，我们还将结合其他测量手段，如激光干涉仪、数字化全场测量等技术，进一步提高飞行器设计和研发的能力和水平。