测量风洞实验中飞行器实际攻角值的方法技术领域
本发明涉及一种测量风洞实验中飞行器实际攻角值的方法。
背景技术
在风洞试验中，对模型姿态角的精确控制是试验顺利进行的保证，而模型姿态角中最
重要也是最基本的控制量就是模型的攻角角度。攻角也叫模型的迎角，是模型迎着来流与
来流形成的夹角。模型的攻角控制需要满足很高的精度，一般来说，要达到±3°以内。
模型姿态角主要由攻角机构来进行控制，攻角机构由驱动设备(如电机)驱动，带动模型
在流场中的攻角变化。在攻角控制的过程中，有很多因素会影响模型攻角的控制精度，其
中攻角机构的预装角度是影响控制精度的一个重要因素。模型攻角值与攻角机构的角度并
不相同，预装角度算是模型攻角与攻角机构角度值的差值，不同的模型可能会用不同的弯
接头来安装，不同的弯接头就会导致模型攻角与攻角机构攻角的巨大偏差，同时攻角机构
的机械间隙以及模型自重的不同都会导致预置角度发生变化，这个初始零度的偏差会叠加
到整个试验过程中去，因此在进行试验之前必须将其消除。
传统消除风洞模型预装角度的方法相对比较复杂，一般的步骤是，当模型与支杆安装
到攻角机构上之后，工作人员将弯接头或带预装角度的支杆所产生的角度输入到程序中，
用程序或手动将模型攻角调到零度，然后用程序采集当前的攻角电压值，程序会对攻角的
零点电压分类讨论。由于攻角与传感器输出电压之间一般都不是线性关系，因此在不同的
零点电压范围，要分别拟合一个攻角电压公式，然后根据不同的公式计算出不同情况下的
攻角值。也就是说根据不同的零点电压值拟合出不同的攻角电压公式进而进行采集控制。
此方法弊端：1、如果增加新型弯接头，预装角度就会不同，这个时候就要重新测量一遍
攻角电压数据，并拟合出一条新的攻角电压曲线；2、该方法无法有效消除由于模型自重
不同导致的微小的攻角误差，只能针对不同的弯接头以及带角度的支杆进行角度上的粗略
分类；3、该方法操作费时麻烦，因为要经常拟合新的攻角电压公式而需要操作人员反复
测量模型攻角实际值；4、要想获得真实的模型预装角度，只能先将攻角机构走到零度，
用象限仪等工具进行测量，测量的精度由测量人员经验决定，不能得到有效保证。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一个目的是提供种测量风洞实验中飞行器实际攻角值的
方法，其提高测量与控制精度的方法，采用该方法可以有效克服传统方法的不足，能够有
效提高攻角控制精度，降低工作人员工作量。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种测量风洞实验中飞行器实际
攻角值的方法，包括：
步骤一、在攻角机构上安装一平台，采集平台的攻角值为0°时所对应的零点电压值，
和攻角值不为0°时，平台的不同攻角值时所对应的攻角电压值；
步骤二、每个非0°攻角值所对应的攻角电压值减去零点电压值，得到多个校正攻角
电压值；
步骤三、根据步骤二得到的多个校正攻角电压值，以及每个校正攻角电压值所对应的
攻角值，建立攻角值和校正攻角电压值的曲线，作为基准曲线；
步骤四、拆卸平台，将待测飞行器安装到攻角机构上，将待测飞行器的攻角值调节为
0°，测量此时攻角机构的角度作为待测飞行器的预置角的角度；
根据待测飞行器的预置角和基准曲线，拟合得到待测飞行器的实际攻角值与攻角电压
值的曲线；
步骤五、测量待测飞行器安装在攻角机构上的攻角电压值，根据测量的攻角电压值和
步骤四得到的待测飞行器的实际攻角值与攻角电压值的曲线，得到待测飞行器的实际攻角
值。
优选的是，所述的测量风洞实验中飞行器实际攻角值的方法中，所述步骤一中，攻角
机构上安装一平台，用攻角传感器采集平台在攻角值为0°时所对应的零点电压值，和攻
角值不为0°时，平台在不同攻角值时所对应的攻角电压值。
优选的是，所述的测量风洞实验中飞行器实际攻角值的方法中，所述步骤三中，以校
正攻角电压值为Y轴，以攻角值为X轴，建立攻角值和校正电压值的曲线。
优选的是，所述的测量风洞实验中飞行器实际攻角值的方法中，所述步骤三中，采用
最小二乘多阶法建立攻角值和校正电压值的曲线。
优选的是，所述的测量风洞实验中飞行器实际攻角值的方法中，所述步骤四中，将待
测飞行器安装到攻角机构，将待测飞行器的攻角值调节为0°，根据待测飞行器的预置角
和基准曲线，拟合得到待测飞行器的实际攻角值与攻角电压的曲线，具体为：
若待测飞行器的预置角为正值，则将基准曲线沿Y轴向下平移预置角值，平移后的曲
线即为待测飞行器的实际攻角值与攻角电压值的曲线；
若待测飞行器的预置角为负值，则将基准曲线沿Y轴向上平移预置角值，平移后的曲
线即为待测飞行器的实际攻角值与攻角电压值的曲线。
本发明至少包括以下有益效果：第一、简化了测控程序算法；第二、增强了程序适用
性，该方法适用于各种不同预装角度情况，无需为了新的预装角度拟合新的公式；第三、
大大降低了操作人员反复测量攻角角度值的工作量；第四、人工测量工作量的降低意味着
人为出错的概率大大降低；第五、该方法可以有效修正由于模型自重导致的预装角度微小
误差，从而提高了角度的控制精度，理论上讲应用该方法可以将攻角控制精度控制在±1’
以内。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发
明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为是传统消除攻角预装角度的方法，不同预装要分别拟合不同曲线；
图3是本发明所述方法通过基本曲线和预置角，拟合得到待测飞行器实际攻角值和电
压值曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能
够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多
个其它元件或其组合的存在或添加。
如图1所示，本发明提供了一种测量风洞实验中飞行器实际攻角值的方法，包括：
步骤一、在攻角机构上安装一平台，采集平台的攻角值为0°时所对应的零点电压值，
和攻角值不为0°时，平台的不同攻角值时所对应的攻角电压值；
步骤二、每个非0°攻角值所对应的攻角电压值减去零点电压值，得到多个校正攻角
电压值；
步骤三、根据步骤二得到的多个校正攻角电压值，以及每个校正攻角电压值所对应的
攻角值，建立攻角值和校正攻角电压值的曲线，作为基准曲线；
步骤四、拆卸平台，将待测飞行器安装到攻角机构上，将待测飞行器的攻角值调节为
0°，测量此时攻角机构的角度作为待测飞行器的预置角的角度；
根据待测飞行器的预置角和基准曲线，拟合得到待测飞行器的实际攻角值与攻角电压
值的曲线；
步骤五、测量待测飞行器安装在攻角机构上的攻角电压值，根据测量的攻角电压值和
步骤四得到的待测飞行器的实际攻角值与攻角电压值的曲线，得到待测飞行器的实际攻角
值。
在一种实施方式中，在步骤一中，在攻角机构上安装一平台，用攻角传感器采集平台
在攻角值为0°时所对应的零点电压值，和攻角值不为0°时，平台在不同攻角值时所对
应的攻角电压值。
在一种实施方式中，在步骤三中，以校正攻角电压值为Y轴，以攻角值为X轴，建
立攻角值和校正电压值的曲线。
在一种实施方式中，在步骤三中，采用最小二乘多阶法建立攻角值和校正电压值的曲
线。
在一种实施方式中，在步骤四中，将待测飞行器安装到攻角机构，将待测飞行器的攻
角值调节为0°，根据待测飞行器的预置角和基准曲线，拟合得到待测飞行器的实际攻角
值与攻角电压的曲线，具体为：
若待测飞行器的预置角为正值，则将基准曲线沿Y轴向下平移预置角值，平移后的曲
线即为待测飞行器的实际攻角值与攻角电压值的曲线；
若待测飞行器的预置角为负值，则将基准曲线沿Y轴向上平移预置角值，平移后的曲
线即为待测飞行器的实际攻角值与攻角电压值的曲线。
为了使本领域人员清楚了解本技术方案，现以具体实例说明：
1)在风洞的攻角机构不安装任何模型(待测飞行器)的情况下，在攻角机构上安装
一个平台，该平台作为测量攻角机构角度的测量平台。
2)测量一组攻角电压值：应用象限仪或其他高精度角度测量设备在平台上测量攻角
机构的角度值，同时记录对应的攻角传感器输出电压V，形成一组对应的攻角电压数据，
在记录的过程中，建议记录零度攻角时的攻角电压，记为零点电压(建议测量数据点之间
的间隔在2°以内)。
3)依据该组数据拟合一条过零点的曲线，所谓过零点是指将攻角电压值都减去零点
电压值，然后与对应攻角值拟合一条曲线(用最小二乘多阶进行拟合)，该曲线是过坐标
原点的曲线(即基本曲线)。
4)将该曲线的公式记录到程序中，由于该曲线反应的是攻角电压V与攻角机构攻角
值的关系，因此程序可以通过采集攻角电压计算出当前攻角机构的攻角值。
5)将模型(待测飞行器)安装到攻角机构上，不管安装模型时用到的支杆以及弯接
头产生的模型预装角度是多少，通过控制电机或手摇的方式将模型的攻角调到水平零度。
6)用程序采集计算当前攻角机构的角度，此时攻角机构的角度值就是该模型的预置
角，该预置角既包含了模型的预装角度，也包含了模型自重产生的角度误差，程序将该预
置角记录在电脑中。
7)程序在实际输出角度的时候再经过一次计算，即得到当前攻角值。
8)完成以上操作后，公式标定是一次性的工作，不同的试验，攻角预装角度或支杆
有弯接头会发生变化，此时只需重复第5和第6步操作即可获得新机构的精确攻角值。
由于攻角电压的关系不是线性关系，为了保证精度，原有的方法是将在风洞中模型，
模型安装了不同的预置角度后，就认为模型的攻角运行规律发生了变化，因此需要对不同
预置角拟合不同的攻角电压公式，这样多一种情况就要多拟合一条曲线，如图2所示，X
轴为电压值，Y轴为攻角值，每条曲线代表一个安装模型后模型的实际攻角值与电压值的
关系。
本发明中，虽然攻角与输出电压之间不是线性关系，但是对于攻角机构而言，由于攻
角机构本身的机械结构没有任何改变，因此其运行的规律并没有发生任何变化，而攻角机
构的角度与模型的攻角值之间的角度是一个常量，这个常量就是真正的预置角，而且该预
置角不但包含了弯接头等机构的角度差，也包含模型自重导致的角度差，因此不同预装情
况下只是同一条曲线在角度方向上的坐标平移，如图3所示，X轴为电压值，Y轴为攻角
值，中间曲线为基准曲线，其公式为α＝f(v-v0)，α为攻角值，v为攻角值不为0°所
对应的攻角电压值，v0为零度电压值；上下两条曲线均为根据预置角度数，上下平移基准
曲线得到的模型的实际攻角值与电压值对应的曲线，其中，图2中位于的基准曲线上部的
曲线的公式为α＝f(v-v0)-α′，其中α′为预置角，图2中位于的基准曲线下部的曲线的
公式为α＝f(v-v0)-α″，其中α″为预置角。
本发明基于攻角机构对模型角度控制的特点，挖掘角度控制的规律，区别于传统采集
计算攻角值的方法，本发明公开的方法看到虽然攻角角度与传感器输出电压之间不是线性
关系，但是对于攻角机构而言其运行规律始终没有发生变化入手解决问题。采用该方法，
可以大大降低操作人员的工作量，提高工作效率降低错误率，增强了程序对不同模型的适
用性，而且可以用程序计算得到模型的预置角度。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运
用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地
实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限
于特定的细节和这里示出与描述的图例。