潘偉 徐凱銘 虎小明

摘要：風(fēng)洞測壓試驗數(shù)據(jù)是載荷設(shè)計依據(jù)，在風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)可靠的情況下，如何去處理試驗數(shù)據(jù)得到更準確的處理結(jié)果，將直接影響著后續(xù)的全機載荷設(shè)計結(jié)果。在試驗數(shù)據(jù)處理的時候，我們使用的都是用分塊積分法，由于試驗?zāi)Ｐ痛笮〉南拗?，在模型上布置的測壓點數(shù)量有限，因此如何根據(jù)測壓點的位置進行分塊是其中的關(guān)鍵，這不僅影響到最后計算的載荷結(jié)果的準確性，還影響到最后強度校核時的加載結(jié)果。

關(guān)鍵詞：測壓數(shù)據(jù)處理;分塊積分法;分塊方法

1 概述

載荷是飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的原始輸入，載荷的準確性就直接影響著飛機結(jié)構(gòu)的可靠性，載荷輸入越準確，就能設(shè)計出更加合理可靠的機體結(jié)構(gòu)，便可以有效的減輕機體結(jié)構(gòu)的重量，提高飛機的飛行性能。載荷設(shè)計的常用方法是進行風(fēng)洞測壓試驗，風(fēng)洞測壓試驗的數(shù)據(jù)作為載荷設(shè)計依據(jù)，這是最可靠的方法。那么在風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)可靠的情況下，如何得到更加精確的的載荷就是作為一名載荷設(shè)計人員需要關(guān)注的問題。

本文將兩種不同的分塊積分法得到的測壓試驗數(shù)據(jù)處理結(jié)果與部件測力試驗數(shù)據(jù)的結(jié)果進行對比來分析兩種方法的準確度。

2 分塊積分法

2.1 二維平面分塊積分法

二維平面分塊積分法，以側(cè)向力系數(shù)處理為例：

第一步，分塊：

取所計算部件的側(cè)向投影，首先將相鄰測壓剖面按照平面距離的中間位置分割，再將相鄰的測壓點進行連線，然后取相鄰直線的中點再次連線，這些中點之間連線與剖面分割線將側(cè)向投影分成n個微元（n為測壓點的個數(shù)），然后取出這些塊的面積Si，以及質(zhì)心坐標Xi，Yi;

第二步，積分：

上述式中的為參考面積。

2.2 三維分塊積分法

介紹在三維數(shù)模上分塊方法時以某型機天線罩為例，在進行風(fēng)洞試驗時，該天線罩上共有4個測壓剖面18個測壓孔，每個測壓剖面上的測壓孔數(shù)量如圖1所示，分別為1個、5個、5個和7個，其中2、3、4剖面的測壓孔都在同一個平面上。

首先第一剖面的唯一一個測壓孔與第二剖面的第三個測壓孔之間做直線，再將這條直線法向投影到天線罩上得到一條曲線，取這條曲線的中點，以及第一剖面的唯一一個測壓孔與第二剖面第一點和第五點之間的兩條曲線的中點，由著3個點確定一個平面，然后取這個平面與天線罩的交線（曲線1）作為第一剖面和第二剖面之間的分割線，同理分別作出曲線2和曲線3作為另外兩條剖面之間的分割線。取出第二、第三測壓剖面測壓孔所在平面與天線罩的交線曲線5和曲線6，再取第二、第三剖面各自的第一和第二測壓孔之間的曲線的中點，在然后用這兩個中點和第一剖面的測壓孔確定的平面與天線罩的交線作為第二和第三剖面的第一和第二測壓孔對應(yīng)塊的分割線;同理可以作出第二和第三剖面其它測壓孔對應(yīng)塊的分割線。取出第四剖面各相鄰測壓孔之間曲線的中點，然后按這些中點在曲線4的比率投影到曲線3上，再作出這些中點與對應(yīng)投影點的連線，再將連線法向投影到天線罩上，投影得到的曲線即作為第四剖面測壓孔對應(yīng)塊之間的分割線。最后作出模型的三向投影，取出各向分塊對應(yīng)的面積和質(zhì)心。

上述在三維空間分塊時作分割線的方法不一定固定，但效果近似即可。

2.3 兩種分塊方法得到分塊結(jié)果比較

比較兩種方法的分塊結(jié)果時以圖1中的天線罩為例，圖2～圖4為兩種分塊方法分塊后的效果圖，從圖2～圖4中可以看出，各測壓孔對應(yīng)塊的差別明顯，對各個塊的面積及質(zhì)心有著顯著的影響。

以該天線罩的航向投影面積為例，表1是取出圖2中兩種分塊結(jié)果的航向投影面積，從表中可以發(fā)現(xiàn)各個塊的面積均不相同，且絕大多數(shù)微元的面積有較大的變化。由于在同一個狀態(tài)下，各個測壓孔的壓力系數(shù)Cpi是相同的，同時在計算力系數(shù)的時候使用的參考面積也是相同的，則從式（1）可以看出只有分塊的面積Si會影響到力系數(shù)的最終計算結(jié)果，而從式（2）和式（3）中可以發(fā)現(xiàn)，天線罩的壓心坐標受各個塊面積的影響，還受到各個塊的質(zhì)心的影響，在本文中暫不討論各個塊的質(zhì)心對天線罩壓心坐標的影響。

3 兩種分塊積分法對最終結(jié)果及強度校核加載的影響

3.1兩種分塊方法對最終結(jié)果影響的比較

為了分析兩種分塊方法對最終積分結(jié)果的影響，還是以上面提到的天線罩為例，利用數(shù)值模擬計算了該天線罩在不同狀態(tài)下的三向力系數(shù)，并取出表1中對應(yīng)測壓孔的壓力系數(shù)Cpi ，然后按照兩種不同的分塊結(jié)果進行積分求出相應(yīng)的力系數(shù)。

從圖5中可以看出，兩種分塊方法處理得到的三向力系數(shù)都與真實結(jié)果在規(guī)律上保持了一致，但是使用三維分塊積分法處理得到的三向力系數(shù)更加接近部件測力的試驗結(jié)果，這說明使用三維分塊積分法來處理風(fēng)洞測壓試驗數(shù)據(jù)，能夠有效的提高載荷的準確度。

從兩種分塊積分法的分快處理方法上來看，二維分塊積分法對同一個部件需要進行三次分塊處理，如果將三次分塊的邊界線從二維平面反推回到三維空間，會發(fā)現(xiàn)三次的分塊是完全不一樣的，而對于同一個模型上的測壓點來說，這樣的做法是不應(yīng)該的，對于三向力系數(shù)來說所對應(yīng)的微元應(yīng)該是不變的，而三維分塊積分法同一個部件只進行了一次分快處理，每一個測壓點所對應(yīng)的微元保持不變，在處理方法上更為合理。

前面提到的都是在外形相對比較規(guī)則的模型上進行，如果模型外形不夠規(guī)則，有明顯的拐角，或者局部曲率過大，這時候分塊就不能直接用中點間的連線來分塊，必須要考慮拐角和大曲率的區(qū)域，這時候如果繼續(xù)選擇在二維模型上進行分塊，最后的載荷準確性就會大大的降低，而在三維模型上分塊，就可以更加合理的對拐角和大區(qū)率區(qū)域進行分塊。

4 結(jié)論

通過前文中的分析和對比結(jié)果，不難發(fā)現(xiàn)，在測壓數(shù)據(jù)處理時進行分塊積分之前，對模型進行合理的分塊很重要，相比于二維分塊積分法，采用三維分塊積分法在三維模型上進行分塊，第一，分塊結(jié)果會更加合理，特別是對有大曲率變化的以及有拐角的不規(guī)則曲面，能夠有效的規(guī)避不合理甚至是錯誤的分塊;第二，最終的測壓數(shù)據(jù)處理結(jié)果會更加準確，這個準確將不只是體現(xiàn)在力系數(shù)上，合理的分塊，最終計算出的壓心也會更加準確。

總的來說，測壓數(shù)據(jù)處理時采用三維分塊積分法，能夠有效的提高載荷的準確性，為飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計提供更加準確的載荷輸入，有助于設(shè)計出更加合理可靠的機體結(jié)構(gòu)。