[科普中国]-风洞自由飞试验

背景

由于没有支撑干扰，能比较真实的模拟飞行状态，且通过高速摄影可以对模型飞行状态进行直接观察，因此风洞自由飞试验技术在飞行器动稳定性研究中显示了独特的优越性.

国内的风洞自由飞试验一直是以单平面(垂直平面)拍摄为主，而对于飞行器飞行中产生的俯仰和偏航两平面耦合振荡运动，如锥形运动等非平面运动问题，单平面拍摄所记录和观察到的运动特征不充分.对于非轴对称的飞机型飞行器的风洞自由飞试验而言，则必须发展非平面的观测技术,对水平平面运动也要作同步记录，才能准确识别出耦合的动态气动特性1。

拍摄发展过程国内外的风洞自由飞试验技术均经历了从单平面光路拍摄到双平面光路拍摄的发展过程。单平面拍摄风洞自由飞试验通常用于非旋转模型的风洞自由飞试验.由于模型无旋转，为简化研究而将其视为平面运动，只对其竖直方向的运动特征进行记录，在预置较大的攻角下获得俯仰方向的静、动导数等参数.旋转模型由于存在俯仰和偏航两方向运动的祸合，呈现非平面运动状态，只用单平面光路来进行拍摄将使记录和观察到的运动特征不够充分，因而国内外研究人员均发展了双平面光路用于对旋转模型的风洞自由飞试验进行拍摄2。

多体分离风洞自由飞试验多体分离风洞自由飞试验也即在风洞自由飞试验的基础上开展的多体分离试验，其原理是使预先将各分离体锁紧为一体的飞行器模型，在风洞流场中迎气流方向发射，使其自由飞行至观察窗处时，分离解锁装置触发解锁，从而使各分离体实现分离，同时通过高速摄像等记录设备对各分离体分离过程及分离前后飞行轨迹进行拍摄记录，实现对多体之间分离时的干扰特性及运动轨迹的研究3。

第1阶段，模型作为一个整体由发射装置迎着风洞气流方向发射入流场；

第2阶段，模型自由飞入观察窗范围，高速摄影开始对其飞行轨迹进行拍摄记录，此时模型前后级仍未分离； 第3阶段，分离解锁机构解锁，模型前后级开始分离；

第4阶段，分离过程完成，模型前、后级各自飞出观察窗。

装置模型发射机构、记录设备、同步控制设备及光路系统等均是试验所需要的，如通常采用高速摄像机来对分离体的分离过程和飞行轨迹进行记录，分离过程是瞬态动态过程，一般仅有几十毫秒；而为了对分离过程进行更为准确的观察和记录，采用双光路来进行拍摄更佳；采用同步控制仪来实现对模型发射系统和高速摄像机的同步启动控制等。.