運(yùn)載火箭上升段存在強(qiáng)脈動(dòng)壓力載荷引起的跨聲速抖振問題。抖振載荷預(yù)示主要基于風(fēng)洞試驗(yàn)，然而風(fēng)洞試驗(yàn)與飛行遙測(cè)數(shù)據(jù)存在差異，這將極大影響對(duì)運(yùn)載火箭總體性能的預(yù)判。從脈動(dòng)壓力物理機(jī)理出發(fā)，對(duì)飛行遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了修正，并從雷諾數(shù)、聲環(huán)境、數(shù)據(jù)樣本等方面進(jìn)行了天地?cái)?shù)據(jù)差異性分析和研究。研究結(jié)果表明：1）運(yùn)載火箭飛行動(dòng)力學(xué)符合準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)過程；2） 飛行和風(fēng)洞脈動(dòng)壓力載荷遵循氣動(dòng)相似定律；3）聲環(huán)境差異影響載荷譜的高頻范圍。因此，風(fēng)洞試驗(yàn)仍然是預(yù)示火箭抖振載荷的有效手段。

飛行過程中，運(yùn)載火箭整流罩繞流會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)分離/再附、跨聲速激波振蕩等非定常流動(dòng)現(xiàn)象，這些現(xiàn)象導(dǎo)致脈動(dòng)壓力載荷與當(dāng)?shù)乩@流流態(tài)密切相關(guān)。脈動(dòng)壓力風(fēng)洞試驗(yàn)是預(yù)示抖振載荷的重要研究手段。風(fēng)洞試驗(yàn)遵循氣動(dòng)相似準(zhǔn)則，模擬典型飛行狀態(tài)下的繞流環(huán)境，在定常來流條件下測(cè)量模型表面的脈動(dòng)壓力載荷數(shù)據(jù)，依據(jù)天地相似關(guān)系為火箭設(shè)計(jì)與聲環(huán)境設(shè)計(jì)提供關(guān)鍵載荷數(shù)據(jù)。然而，受限于風(fēng)洞模擬能力，風(fēng)洞試驗(yàn)與真實(shí)飛行環(huán)境存在差異，導(dǎo)致天地載荷數(shù)據(jù)表現(xiàn)出顯著偏差。

運(yùn)載火箭飛行與風(fēng)洞模型的測(cè)點(diǎn)位置及壓力載荷天地?cái)?shù)據(jù)對(duì)比如下圖所示。

從物理機(jī)理分析，風(fēng)洞/飛行模型測(cè)點(diǎn)測(cè)得的數(shù)據(jù)是運(yùn)載火箭表面壓力的時(shí)變信息，含測(cè)點(diǎn)處的靜壓和壓力脈動(dòng)，可通過扣除靜壓來獲得壓力脈動(dòng)信息。在定常來流的風(fēng)洞試驗(yàn)中，測(cè)點(diǎn)處靜壓近似為常值。而在飛行試驗(yàn)中，需要考慮靜壓隨飛行高度和來流馬赫數(shù)變化的影響。

火箭飛行測(cè)點(diǎn)處缺少實(shí)測(cè)靜壓時(shí)變數(shù)據(jù)，但通過飛行高度數(shù)據(jù)能夠得到來流大氣壓力數(shù)據(jù)。如下圖所示，飛行遙測(cè)數(shù)據(jù)的整體趨勢(shì)與來流大氣壓的變化幾乎一致。低速飛行時(shí)來流不可壓，火箭頭部表面靜壓與來流大氣壓相近。高亞聲速及跨聲速時(shí)來流動(dòng)壓升高，靜壓低于大氣壓，但變化趨勢(shì)相近。這說明飛行數(shù)據(jù)確實(shí)反映了測(cè)點(diǎn)處靜壓的變化規(guī)律。

下圖為火箭連續(xù)變馬赫數(shù)脈動(dòng)壓力風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

天地載荷統(tǒng)計(jì)特性對(duì)比如下圖所示。

火箭飛行過程中的來流動(dòng)壓時(shí)刻變化。根據(jù)氣動(dòng)相似準(zhǔn)則，理論上脈動(dòng)壓力與來流動(dòng)壓成正比。為此分析了來流動(dòng)壓對(duì)脈動(dòng)壓力遙測(cè)數(shù)據(jù)的影響，結(jié)果如下圖所示。

下兩圖為飛行數(shù)據(jù)的平滑濾波修正結(jié)果和修正數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果。

通過分析脈動(dòng)壓力載荷的物理機(jī)理，得出下列結(jié)論：1）雷諾數(shù)量級(jí)差異導(dǎo)致運(yùn)載火箭頭部天地繞流流態(tài)存在顯著差異；2）飛行試驗(yàn)抖振載荷數(shù)據(jù)是由飛行高度處的當(dāng)?shù)仂o壓和非定常繞流誘導(dǎo)的脈動(dòng)壓力共同作用形成；3）典型飛行狀態(tài)是準(zhǔn)定常過程；4）運(yùn)動(dòng)引起低頻氣動(dòng)噪聲載荷；5）激波振蕩現(xiàn)象的特征頻率低，易被視作準(zhǔn)定常載荷；6）相同流態(tài)下，運(yùn)動(dòng)引起的天地中低頻氣動(dòng)噪聲特性具有較好的吻合性。

本文從物理機(jī)理分析入手，分析了運(yùn)載火箭抖振載荷天地?cái)?shù)據(jù)的差異及其成因。研究表明，運(yùn)載火箭抖振載荷天地?cái)?shù)據(jù)對(duì)比時(shí)，有必要考慮雷諾數(shù)差異對(duì)頭部低雷諾數(shù)區(qū)域繞流流態(tài)產(chǎn)生的影響。此區(qū)域內(nèi)天地測(cè)點(diǎn)不具備幾何對(duì)應(yīng)關(guān)系，應(yīng)以流動(dòng)相似作為天地?cái)?shù)據(jù)對(duì)比的核心原則。飛行數(shù)據(jù)分析中，可依據(jù)傳感器信號(hào)特征，采用靜壓修正法或經(jīng)合適參數(shù)的數(shù)字濾波方法進(jìn)行修正，提取真實(shí)的壓力脈動(dòng)信息。典型飛行狀態(tài)為準(zhǔn)定常過程，脈動(dòng)壓力載荷信號(hào)可視為平穩(wěn)隨機(jī)過程?？紤]天地環(huán)境差異的影響，火箭抖振載荷天地?cái)?shù)據(jù)核心特性仍具有較好的吻合性，這表明風(fēng)洞試驗(yàn)仍是抖振載荷預(yù)示的可靠途徑。

凱視邁（KathMatic）KV系列激光多普勒測(cè)振儀是公司自主研發(fā)的第二代多普勒測(cè)振儀，相較于第一代產(chǎn)品，該系列在多個(gè)方面進(jìn)行了全面升級(jí)。

它配備了更高質(zhì)量的激光模組、鍍膜更加豐富的光學(xué)鏡頭、散熱效率更高的結(jié)構(gòu)、傳輸速度更快的信號(hào)端口以及通訊配置更為豐富的系統(tǒng)，這些改進(jìn)使得儀器在較差環(huán)境下的穩(wěn)定性和易用性得到了顯著提升。

該儀器基于多普勒原理，采用紅外激光作為測(cè)量媒介，能夠非接觸式、遠(yuǎn)距離地采集目標(biāo)物體的振動(dòng)信號(hào)。采用優(yōu)良的光學(xué)技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)，能夠在極短的時(shí)間內(nèi)采集大量的振動(dòng)數(shù)據(jù)。 在需要高速測(cè)量的場(chǎng)合，超高采樣頻率能夠確保測(cè)量的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。

KV系列激光多普勒測(cè)振儀憑借其優(yōu)良的技術(shù)、優(yōu)異的參數(shù)、穩(wěn)定的運(yùn)行以及小巧便攜的特點(diǎn)，成為了超聲領(lǐng)域、模態(tài)試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)、在線質(zhì)量檢測(cè)以及機(jī)械結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的理想輔助工具。歡迎私信或留言咨詢~