0 引 言

针对飞行器的气动弹性试验手段通常包括飞行试验、车载试验、风洞试验和地面模拟试验。地面模拟试验以其价格低廉、重复性好、对模型要求较低，可以针对飞行器初步设计阶段进行研究等优点受到各国学者的广泛关注，特别是对于以控制、结构非线性等非气动力因素起主导作用的动力学过程，地面模拟试验更具有优势[1-2]。

Kearns[3]于20世纪60年代提出了利用闭环振动测量模型颤振临界速度的思想，并且进行了相关的实验研究，他使用电机模拟气动力，使用角度位移传感器测量模型变形，并且设计了两个铝板模型进行了试验。

2001年俄罗斯TsAGI[4]提出“电动机械模拟”试验技术，采用数字计算机根据测量结构的振动信息，再计算出结构承受的非定常气动力，利用激振器进行结构加载。2011年，美国ZONA公司[5]提出“干风洞”试验思想，并利用矩形平板翼和长直翼进行了相关试验研究，与TsAGI的想法类似。

我国也进行过类似的试验研究，1984年，潘树祥[6]进行了地面模拟试验的研究，他使用激振器模拟非定常气动力，利用速度传感器作为反馈信号测量模型变形。受到测试技术和计算方法不足的限制，这项研究并未持续开展。2011年，北京航空航天大学吴志刚、杨超[7]等开始了细长体导弹模型的气动伺服弹性半实物模拟试验，利用电磁激振器模拟非定常气动力，至2012年，许云涛[8]等使用激振器激励的方法进行了地面颤振模拟试验的研究，并且使用遗传算法搜寻气动力的最优减缩位置，提出了利用有限数目激振点等效模拟气动力的地面干风洞试验方法。

以上地面模拟实验通常将分布气动载荷等效到离散的有限数目的节点上，通过机械激振系统来实施加载。此类方法的主要缺点是：由于激振器机械构造的限制，很难实现结构动态大变形条件下的气动力加载；载荷的跟随性较差。此外，很难满足一些必须施加均布载荷的特定情况。

WA=FA·SA

本文提出一种利用电磁场和安培力对气动弹性模型进行静态和动态加载的试验方法，利用时变的安培力模拟产生非定常气动力，具有动态跟随性好、分布性好、允许大变形等特点，配合非接触运动测量和非定常气动力实时计算，弥补了传统地面干风洞实验技术的一些不足。

1 技术原理

10月，获泽大地金秋硕果，山西阳城县获泽河生态补水工程正式通水，该工程是全县首次实施的水资源调度河道补水工程。

采用弹性或柔性材料模拟飞行器结构，满足动力学相似准则。采用永磁铁产生均匀分布的磁场，保证结构在均匀磁场范围内运动。在结构模型的适当位置，施布导线，导线承受安培力作用，通过程控电流源模拟时变的气动力和力矩。

由于安培力通过磁场施加，加载设备与试验模型不接触，加载的跟随性较好。这使不接触、大振幅加载成为可能。

却说那林黛玉凭其灵气与悟性，很快拿到了钢琴九级专业证书。当众家长一窝蜂地不惜重金让孩子学钢琴，她便也成了炙手可热的钢琴家教老师。经过多年积蓄，她又将葬花词版权及一系列旧物拍卖，开起了一家规模不小的“清韵琴行”。当纤细的手指在黑白琴键上跳跃时，她会蓦然凝神，想起若干年前那个男人温柔的承诺：“除了老太太，太太，就是你了……”遥远而模糊，仿佛在前生。可她不能忘，更忘不了的是此刻那个负心人正老婆孩子热炕头。

  

图1 安培定理Fig.1 Ampere theorem

2 实验装置

实验需要提供时变的安培力来模拟模型承受的时变气动力，如式(1)所示：

F=BIL

(1)

其中：F为施加的安培力，B为磁场的磁感应强度，I为输入的电流强度，L为通电电流长度。

利用程控电源改变通电导线中的电流强度，从而形成时变的安培力。专门研制的实验用程控电源实物如图2所示。该电源组件可以同时输出4路电流，最大电流强度为6 A，可按照指令实时改变输出的电流强度，电流改变最高频率为200 Hz，电流输出精度为0.001 A。

The “sleeping” kidney is a term used to describe a non-functioning but viable kidney, usually due to RAS.Most of the reported cases have involved those with atherosclerotic RAS, with fewer cases involving FMD.

  

图2 试验用多通道程控电源Fig.2 Multi-channel DC power supply

实验用的磁场使用多组永磁铁构建，用磁极相对的片状永磁铁构建均匀磁场，使用木材等材料对永磁铁进行固定，可根据试验内容对磁场分布进行调整。

使用特斯拉计对磁场进行标定。标定结果显示，构建的磁场区域磁感应强度可以达到0.38 T，且在一定范围内保持均匀。验证试验中装置和模型位置如图3所示。

由于实验过程使用永磁铁构造均匀磁场，将多块永磁铁进行固定需要克服磁铁之间的作用力。当磁铁之间的作用力为相斥力时，固定磁铁难度较大，本次实验使用铝块支撑的方式固定两个相吸的磁铁，可以保证磁铁平整稳定。这种布置磁铁的方式会引起相邻两组磁铁的磁感强度方向相反，试验过程中在相邻磁场区域内使用反方向电流，用来模拟方向相同的气动力。相邻磁场区域的气动力模拟如图4所示。其中：B为磁感线方向，在方向交错的磁感线方向，和方向不同的电流方向条件下，各个片条位置所产生的模拟气动力均垂直纸面向上。

  

图3 用永磁铁构建的均匀磁场Fig.3 Uniform magnetic field generated by permanent magnet

  

图4 试验中电磁加载示意图Fig.4 Schematic of electromagnetic loading methods

试验过程中。加载导线均匀分布于整个试验模型上，可以按照片条理论对模型分区域进行加载，相对于传统的激振器加载，这种试验方式具有分布性好的特点。

加载导线采用轻质锡线。这种导线重量较轻，能够承受最大6 A的电流强度，表面的绝缘层可以抵抗300°的高温而不发生破坏，满足相关实验要求。将加载导线粘贴固定于结构模型上，将该段导线置于永磁铁构建的均匀磁场中，并与磁感应方向垂直，导线两端分别连接于程控电源的正负两极。

试验系统的具体构造方式如图5所示。

电磁干风洞试验装置包含气动力模拟和数据采集、反馈两套分系统实现，试验系统的具体控制方式为：数据采集、反馈系统从试验模型上采集获得模型的弯曲、扭转等相关变形数据，通过数据线将数据传输给数据采集器；再将获得的试验模型变形数据传递给计算机。计算机进行非定常气动力计算，并将气动力输出按照安培力公式转化为电流强度数据馈送程控电源。

气动力模拟系统中的程控电源从计算机中获得需要输出的电流信号，给加载导线输出时变的电流。由于加载导线位于均匀磁场中，将提供变化的安培力。而加载导线通过粘接等方式与试验模型固定，通过对不同部位的加载导线施加不同的电流产生不同的模拟气动力，产生机翼模型上的弯矩和扭矩。从而构成闭合的气动弹性试验系统。

构建的试验装置实物如图6所示。

此次研究中，探析组术后感染率为5.56%，住院时间为（4.0±1.1）天，对比组术后感染率为21.21%，住院时间为（7.8±3.4）天，差异均有统计学意义（P＜0.05）。综上所述，妇产科患者围手术期应用感染防控护理可有效抑制感染发生率，可缩短其住院时间，对于加快其病情好转以及减轻其经济压力可发挥积极作用。

  

图5 电磁干风洞原理图Fig.5 Principle of electromagnetic dry wind tunnel

  

图6 试验系统实物图Fig.6 Experimental equipment

利用Labview编写控制软件，实现数据采集，运算、发出电流输出指令、接收发馈信号、存储采集信号等多项功能，控制软件主界面如图7所示。

  

图7 软件主界面Fig.7 System main interface

3 非定常气动力的模拟加载

由于本试验中，加载力在沿翼展一定区域内一致，故依照简单的片条理论模拟气动力。利用该软件系统进行气动力模拟可以采用两种方式。

第一种是通过CFD等方式计算获得机翼结构各个片条的时域气动力大小数值，将气动力数值按照公式(1)换算成相应的电流强度后，通过程控电源以“读表格”的形式输出进行加载。

电磁干风洞实验技术的基本原理是“安培定理”。如图1所示，通电导线在磁场中受到安培力的作用，力的大小等于磁场磁感应强度、导线长度，以及电流强度的乘积，力的作用方向与磁感线方向和电流方向满足左手定则。

第二种气动力的发生方式是：给模型输出一个初始激励，通过程序内部公式计算获得结构各个时刻的非定常气动力。以长直翼的非定常突风载荷为例，机翼片条所承受的非定常气动力[15]可以表示为：

(2)

其中：dL是片条上突风引起的升力变化量；ρ是大气密度；V是飞行速度；b是机翼弦长是升力曲线斜率；w是突风速度为机翼片条的沉浮速度；dy为单位翼展。

B H Jia acknowledges the support from Australian Research Council and Defence Institute Australia.

由表1可得，1 A的安培力大致与1.16 g质量块所提供的重力等效，约0.0114 N；在不同的安培力条件下，加载载荷与施加电流强度之间大致呈线性关系。

综上所述，在现代小学语文的教学种应尊重学生的感受，在充分了解学生情感的发展特点的情况下，对其进行情感教育。教师是情感教育的实施者，要想在教学中有效地实施情感教育，教师就必须了解情感教育的含义及其重要性，在此基础上，采取相对应的各种措施保证情感教育的有效实施。教师应充分发挥情感教育的作用，在教学中不仅要让学生们学会知识，还要让他们领会到文中的丰富情感，并让这些健康的情感伴随着他们一路成长。

(3)

其中：U为峰值突风速度；Lg为突风长度。利用激光位移传感器可以测量得到模型各个片条的沉浮速度将测量数据反馈到计算公式中，则可以模拟该翼形在非定常突风气动力下的响应。

4 标定实验

为了校验电磁干风洞实验系统的可行性和有效性，并对试验误差进行分析，设计加工了一个820 mm×14 mm×2 mm的铝合金长条作为试验模型，分别设计了一组静态加载实验和一组动态准模态加载实验，对实验进行了加载和标定。试验过程中，模型尖端的最大位移可达250 mm，满足大振幅的试验要求。

4.1 静态标定实验

静态标定实验的目的是测量电磁干风洞所提供的安培力大小，以及加载导线所引起的附加质量，对静态加载误差进行分析。

静态标定试验步骤如下：

1) 利用激光位移传感器测量距模型根部195 mm的测试点A，在距离模型根部435 mm处的点B施加静态向上的安培力，加载导线长度约5 cm，B位于加载导线中点。

2) 保持激光位移传感器不动，测量并记录点A在不同安培力条件下的位置，关闭安培力加载电源开关，测量并记录点A的位置LA1。

3) 给模型施加不同的安培力，同时在加载导线位置加载一定配重，调节配重重量，使此时点A的位置与LA1位置一致。

4) 使用天平测量配重重量，可以近似得到不同电流强度下施加安培力的大小。

测量的部分数据结果如表1所示。

本节设计了分布式控制的一致性自适应虚拟阻抗调节,利用本地DG单元的电流和线路电阻信息进行一致性迭代,再利用相邻单元的信息更新虚拟阻抗值。

采用排水槽，其上口较窄，因此不能有效地清除淤泥，这会对后续的作业产生一定影响，因此在设计过程中，需要将接缝式的排水槽更改成盖板式的排水槽，使其能够有效排出路面积水，从而减少淤泥的累积，以满足防排水设计的需求。

 

表1 不同安培力下的等效质量Table 1 Equivalent mass by different Ampere force

  

电流强度/A6.005.004.003.002.00等效质量/g7.05.94.73.52.3

以“1-cos”阵风模型为例：

尽管试验中尽量选用轻质的导线，在试验过程中加载导线仍会产生一定的附加质量，利用静态试验的方法对加载导线所引起的附加质量进行测量，从而利用补偿电流削减试验误差，试验步骤如下：

1) 利用激光位移传感器测量距模型根部195 mm的测试点A，关闭安培力加载电源，测量A点位置LA2。

室温时，量取10 ml的钛酸四丁酯，剧烈搅拌下，加入到35 ml无水乙醇中，再加入3 ml乙酰丙酮，得到溶液A；量取聚乙二醇1 ml，剧烈搅拌下，加入到35 ml无水乙醇中，得到溶液B；剧烈搅拌下，将溶液B逐滴加入溶液A中，得到涂覆溶胶C[5].

物联网的技术架构分为3层：感知层、网络层和应用层，如图1所示。其中，感知层实现物联网全面智能化感知，网络层将实现接入信息管理和由计算机网络及通信网络构成的承载网络，应用层实现应用支撑服务和用户应用服务。

3) 使用天平测量配重重量，可以近似得到静态过程中加载导线所提供的附加质量。

试验结果显示：加载导线大致提供0.9 g的附加质量，这可以通过调整施加的安培力电流强度削减附加质量引起的实验误差，大致需要提供约0.77 A的电流可以在静态条件下抵消附加质量的影响。

4.2 动态信号相关性试验

动态条件下很难直接测量处加载力的大小，可以通过测量动力学条件下结构位移以或结构应力的方式对动态加载力大小进行评估。本次实验通过测量某一加载点的位移，并与经典有限元结果进行对比，对动态加载的准确性进行验证。

上述结果表明：地面电磁干风洞试验可以比较准确地进行动态加载，试验测试方法准确有效。在动态条件下，地面电磁干风洞试验方法具有可行性和有效性。

1) 利用激光位移传感器测量距模型根部195 mm的测试点A，在距离模型根部435 mm处的点B施加幅值为0.0456 N，频率为15rad/s的简谐安培力。测量并记录B点的时变安培力FB和A点的时变位移SA。

2) 建立有限元模型，使用欧拉梁[16]模拟动态试验步骤1的加载工况，使用Newmark方法[17]求解方程，获得有限元模型中A点的时变位移值SA′，计算SA与SA′的信号相关性。

2) 去掉加载导线，同时在加载导线位置加载一定配重，调节配重重量，使此时点A的位置与LA2一致。

3) 利用激光位移传感器测量点B，在点A施加幅值为0.0456 N、频率为15 rad/s的简谐安培力。测量并记录B点的时变位移SB和A点的时变安培力FA。

4)计算A、B两点的功:

波磨产生的源头在于钢轨表面存在不平顺，当列车高速通过不平顺钢轨时，会产生高频瞬时冲击载荷。长期以往，最终会在钢轨不平顺处产生接触疲劳。伴随着接触疲劳的是车轮和钢轨之间的接触振动和摩擦振动。

西北工业大学杨智春[9]等提出利用气囊加载系统进行均布载荷加载，并对这种加载方式的原理和关键问题进行了研究。张新榃[10]等通过在翼尖配重加载的方式模拟大变形，使用非接触激光测振仪测量结构在不同变形下的结构动力学特性。靳向往[11]等设计了一套机构用于机翼的地面加载，这些加载方式虽然在一定程度上可以解决大变形加载的技术难点，但却无法实现动态加载。另外，由于加载装置与试验模型直接接触，试验过程中难免产生一定的附加质量和附加刚度效应。电磁加载是一种可以不接触模型而进行加载的方法，虽然此项技术目前已广泛用于工业领域[12-14]，但是尚未发现用于模拟飞行载荷。

进入大学后，交往范围比以前有所扩大，学生渴望建立良好的人际关系，但由于缺乏应有的经验和能力，在一定程度上会有交际困难，容易产生自闭偏执等心理问题；再加上目前社会人才竞争激烈，就业市场不景气，生活节奏快，人际关系复杂等，导致许多大学生面临巨大的精神压力，缺乏安全感，精神负担加重，有的甚至会产生烦躁、恐惧、无助、焦虑、自卑等心理；另外，人格不完善导致的特定阶段心理素质的脆弱和个性缺陷是造成大学生心理亚健康的又一诱因，情绪不稳定、自制力差、对挫折和失败缺乏心理准备等使大学生陷入不良的心理状态[10]。

(4)

WB=FB·SB

(5)

其中：WA为A点功，WB为B点功；计算WA与WB的信号相关性。

计算和试验结果显示：SA与SA′的信号相关性为0.985(如图8所示)，这可以说明动态条件下，结构变形与有限元仿真结果接近，该点加载力与预期加载力基本一致。通过对几组动态实验进行分析，WA与WB的信号相关性0.988<|R(τ)|<0.995(如图9所示)，这可以说明在动力学加载条件下，加载力和结构变形在整个模型上各个位置均与预期加载力和理论位移基本一致，证明了该加载方法的有效性。

  

图8 试验值与有限元仿真值对比Fig.8 Comparison between test data and simulation result

  

图9 A、B两点功的对比Fig.9 Comparison of A and B work

动态信号相关性实验利用功的互等定理分析动态条件下测试方法的准确程度。试验步骤如下：

4 结 论

本文介绍了一种地面电磁干风洞的实验方法，相对与以往的干风洞试验技术，提出了一种利用安培力实施加载的实验方法。这种方法有助于减少试验加载设备对模型运动的干扰，对于完善地面干风洞试验技术具有重要意义。

利用该实验系统进行了静动态的标定实验，对该实验方法进行了可行性和有效性验证。研究结果显示，该加载方法加载准确，静态标定试验显示该试验的单线加载附加质量为0.9 g且在静态条件下可以使用0.77 A的等效电流抵消；动态条件下试验位移响应与经典有限元理论的信号相关性为0.985，可以满足地面干风洞试验的加载要求，该试验技术具有可行性和有效性。

但是该项试验技术目前仍有一些不足，具体表现在：永磁铁很难提供大范围均匀磁场，因此很难实现大型模型的地面试验；另外，尽管使用比重较小的锡线进行加载，加载过程中仍然会产生一定程度的附加质量，电磁感应现象也会对加载结果的准确性产生干扰。后续工作将继续该项实验技术的研究，尝试使用电磁铁以及嵌有金属丝的线路板制作实验模型，以及对电磁感应现象影响的大小进行标定试验，对误差值进行补偿的方法解决上述技术问题。

参 考 文 献：

[1]陈桂彬, 邹丛青, 杨超.气动弹性设计基础[M].北京: 北京航空航天大学出版社, 2004.

[2]管德.气动弹性试验[M].北京: 北京航空学院出版社, 1986.

[3]Kearns J P.Flutter simulation[R].AD650981, 1967.

[4]Naryzhny A G, Pedora A P, Smyslov V I.Vibration tests with airflow simulation in the aeroelastic investigations on dynamically scaled models[R].Uchenye Zapiski TsAGI, 2001.

[5]Zeng J, Kingsbury D W, Ritz E, et al.GVT-based ground flutter test without wind tunnel.AIAA 2011-1942[R].Reston: AIAA, 2011.

[6]潘树祥, 齐丕骞.地面模拟热颤振试验研究[J].强度与环境, 1984(2): 10-14.

西江，珠江水系最大干流，全长2129公里，发源于云南，如一条经济长飘带穿越云南、贵州、广西、广东四省区，通达港澳，年进出港船舶高达百万艘次，是云贵等内陆地区融入粤港澳大湾区的交通大动脉。其中，广东段全长约347公里，经6个口门流入南海，沿江有44座取水口，是沿江千万住户的饮用水源；有码头230座，二类及以上口岸24个，桥梁33座，渡口54道，水上加油站23个，水上安全监管及防污染的压力都非常大。

[7]Wu Z G, Chu L F, Yuan R Z, et al.Studies on aeroservoelasticity semi-physical simulation test missiles[J].Science China Technological Sciences, 2012, 55(1): 1-7.

[8]许云涛, 吴志刚, 杨超.地面颤振模拟试验中的非定常气动力模拟[J].航空学报, 2012, 33(11): 1947-1957.

[9]陈帅, 杨智春, 李斌.结构试验中均布载荷的气囊加载系统设计方法[J].工程力学, 2012, 29(6): 146-450.

[10]张新榃, 吴志刚, 杨超.大变形状态机翼振动试验与气动弹性分析[J].航空工程进展, 2010, 1(1): 76-79.

[11]靳向往, 李先聚.一种新型弹翼加载试验方法研究[J].机械工程师, 2014, 02: 55-56.

[12]江春茂, 陈雪原, 潘金柱.磁阻尼器的研制及其在动导数实验中的应用[J].江汉大学学报(自然科学版), 2010, 38(1): 40-42.

[13]刘伯伟, 王世斌.电磁脉冲撞击加载装置的研制及其应用[J].中国机械工程, 1999, (12): 1328-1329.

[14]周晓, 刘军.电磁冲击加载平板线圈的有限元分析[J].机械科学与技术, 2013, 2: 209-212.

[15]宗宁, 张荣科, 李海泉.阵风载荷计算方法研究[C]//第十一届全国空气弹性学术交流会, 2009, CARS-2009 5 0026.

[16]王勖成.有限元方法[M].北京: 清华大学出版社, 2003.

[17]张亚辉, 林家浩.结构动力学[M].辽宁: 大连理工大学出版社, 2004.