Совершенствование методов решения двух обратных задач экспериментальной аэродинамики

• Автор: Подласкин, Алексей Борисович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 141 с. : ил.

Содержание

0. ВВЕДЕНИЕ
0.1 Актуальность темы
0.2 Постановка задач
0.2.1 Траекторный эксперимент
0.2.2 Интерференционный эксперимент
0.3 Обзор существующих подходов
0.3.1 Траекторный эксперимент
0.3.2 Интерференционно-томографический эксперимент
0.4 Цель работы
0.5 Структура диссертации
0.6 Основные положения, выносимые на защиту
1. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОЦЕНИВАНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПО ТРАЕКТОРНЫМ ДАННЫМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КУСОЧНОЙ (ОНЛАЙНОВОЙ) АППРОКСИМАЦИИ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ
1.1 Базовый подход
1.2 Результаты оценивания аэродинамических характеристик острого конуса
1.3 Модификация методики определения АДХ для сложных случаев
1.4 Алгоритм сплайновой аппроксимации АДХ
1.5 Особенности работы программы
1.6 Результаты оценивания аэродинамических характеристик с использованием сплайновой аппроксимации коэффициентов
1.7 Выводы
2. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ТОМОГРАФИЧЕСКИЙ ПОДХОД К РЕКОНСТРУКЦИИ ПЛОТНОСТИ ГАЗА В ТРЕХМЕРНОМ ТЕЧЕНИИ
2.1 Интерференционные измерения
2.2 Восстановление истинной ОРХ
2.2.1 Определение параметров настройки интерферометра и учет вклада настройки в
измеренную оптическую разность хода
2.2.2 Идентификация полос в окрестностях изображений сильных газодинамических разрывов
2.2.3 Основные принципы
2.2.4 Формулировка задачи
2.2.5 Восстановление геометрии объекта
2.2.6 Реконструкция плотности
2.2.7 Процедура удаления внешней зоны
2.3 Определение плотности воздуха около сверхзвуковых конусов под углами атаки
2.3.1 Исследование обтекания острого конуса на баллистичекой установке
2.3.2 Исследование обтекания затупленного конуса на аэродинамической трубе
2.4 Выводы
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
3.1 Общие посылки
3.2 Используемые алгоритмы..:
3.3 Результаты использования метода и перспективы
3.3.1 Моделирование нелинейного движения
3.3.2 Метрологическая аттестация координатных систем
4. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТЕРФЕРОГРАММ
4.1 Общие посылки
4.2 Используемые алгоритмы
4.3 Результаты использования метода и перспективы
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

0. Введение
0.1 Актуальность темы
Развитие аэрокосмической техники ставит перед исследователями разнообразные газодинамические задачи, решение которых должно обеспечивать функциональное совершенство изделий. Среди перспективных форм, аэродинамика которых является предметом изучения в настоящее время, можно назвать спускаемые модули космических аппаратов (включая межпланетные, например, для посадки на Марс), гиперзвуковой самолет, снаряды, формируемые и метаемые взрывом. Оптимизация формы объектов, анализ правильности инженерных решений при конструировании должны проводиться с учетом физических условий движения. Изучение движения и обтекания объектов ракетно-космической техники при высоких (обычно сверхзвуковых) скоростях часто оказывается целесообразно проводить на баллистической установке, оснащенной комплексом аппаратуры для измерений и регистрации быстропротекающих процессов. Достоинством, отличающим баллистический метод, является то, что в нем реализуется движение модели в покоящемся газе (прямое моделирование движения); это обеспечивает минимум искажений физической картины явлений, сопровождающих полет модели. При этом имеется возможность исследования как суммарных аэродинамических характеристик тел сложной формы, так и определение локальных параметров течения в относительно простых случаях. Дополнительную актуальность придает работе сделанный акцент на изучение движений с большими углами атаки: моделирование такого рода обтекания на трубах считается более затруднительным, чем в свободном полете моделей [I]. Следует отметить, что баллистические испытания все же составляют небольшую долю в общей совокупности аэродинамических

Дополнительным средством контроля адекватности принимаемых математических моделей является статистическое моделирование. Полученные в результате проведенного нелинейного оценивания зависимости аэродинамических коэффициентов принимаются за точно заданные, по ним рассчитывается траектория объекта, и к этим траекторным данным прибавляются случайные величины, имитирующие погрешность измерений (случайные числа с центрированным нормальным распределением и дисперсией, равной оценке, полученной выше). Для каждой реализации проводится повторное оценивание АДХ в заданном диапазоне угла атаки. После нескольких реализаций образуется выборка значений аэродинамических коэффициентов на сетке значений угла атаки. По этой выборке можно оценить дисперсии коэффициентов и сравнить их с величинами, полученными по ковариационной матрице.
1.2 Результаты оценивания аэродинамических характеристик острого конуса.
Рассмотрим пример определения АДХ острого конуса с полным углом при вершине 30° . Баллистические испытания в атмосферных условиях производились с приблизительно одинаковыми начальными скоростями моделей (число маха М*2). Оценивание аэродинамических коэффициентов проводилось по данным трех пусков. Амплитуда колебаний по углу атаки составляла приблизительно 7, 14 и 28°. При этом на длине трассы укладывалось приблизительно 1,2 длины волны колебаний - такую трассу следует характеризовать как короткую. Тем не менее, при помощи метода совместной обработки данных нескольких пусков, в этих условиях удалось получить оценки динамических составляющих аэродинамического момента и подъемной силы.
Описания АДХ в зависимости от угла атаки получены в следующей форме. Коэффициент статического момента удовлетворительно аппроксимирован кубичной