一种用于风洞跨声速试验前室超压的预判方法技术

技术编号:15611276 阅读:178 留言:0更新日期:2017-06-14 02:05
本发明专利技术涉及一种用于风洞跨声速试验前室超压的预判方法,获取试验期望马赫数M0,判断是否满足1.5MA>M0>1MA,如果是,则选取某次试验产生的第一个马赫数数据M1开始的n个马赫数Mi数据组成的数据段,判断M0‑Mi的差是否均大于阈值dm1及这n个马赫数的最大最小值之差是否小于阈值dm2,如果条件都为真,则判断此时总吹风时间是否大于阈值T0,以及模型攻角α是否大于阈值α0,如果两个条件也都为真,则判断总压即将超压,发出报警。本发明专利技术能够在超压发生前几秒到十几秒发出超压预警,从而及时关车,保护风洞、模型及设备的安全,措施有效,有效率在99%以上。

【技术实现步骤摘要】
一种用于风洞跨声速试验前室超压的预判方法
本专利技术涉及一种用于风洞跨声速试验前室超压的预判方法,属于风洞试验领域。
技术介绍
风洞的跨声速试验是指在马赫数在声速附近进行的风洞试验,在风洞试验中具有比较特殊的特性,对流场的控制也比较复杂。尤其是当马赫数大于1倍声速的时候,如果模型的阻塞比过大,就有可能导致壅塞现象的发生。如果发生壅塞,用提高前室总压的方式来提高马赫数的控制方法就会失效,试验段静压会随着前室总压的提高而等比例同步提高,从而马赫数保持不变,参见图1。控制系统看到马赫数没有变化就会继续提高总压,直到前室超过安全压力。这就是前室超压现象的根本原因。一般来讲,风洞的超压保护功能正常工作的话会在总压超过安全压力的时候自动关车,但如果超压保护系统出现故障而没有能够及时发现,就可能导致模型和支杆承受过大的载荷,从而导致模型被吹飞吹废;另外还有一些特殊的模型,如大翼展的飞机模型等,其阻塞比本身就很大,当模型攻角逐渐增大阻塞比也不断增大,很容易导致超压,设置的安全压力有可能高于其所能承受的压力,并且模型在发生超压的时候总是在带很大攻角的情况下被迫关车,这些情况都有可能导致模型损毁。以上情况大大降低了试验的安全性,相关单位也会承受相当的损失。如何有效地对风洞跨声速试验前室超压的情况进行预测,是本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足,提供一种有效预测风洞跨声速试验前室超压的预测算法,能够提前几秒到十几秒的时间给风洞操作人员发生预警,使操作人员能够有条不紊的执行关车的操作,参见图2与图3的对比。本专利技术目的通过如下技术方案予以实现:提供一种用于风洞跨声速试验前室超压的预判方法,包括如下步骤:(1)获取试验期望马赫数M0,判断是否满足1.5MA>M0>1MA,如果否,则判定本次试验总压不会发生超压,结束风洞跨声速试验前室超压预判;如果是,则进入步骤(2);(2)确定选取马赫数的数据点数n;从试验吹风产生的第一个马赫数数据开始选取n个马赫数的数据点,第i个数据点对应的马赫数为Mi;(3)判断M0-Mi是否大于阈值dm1,如果不大于,则判断目前没有发生超压的危险,如果大于则进入步骤(4);(4)获取这n个马赫数数据中的最大值Mmax和最小值Mmin,判断Mmax-Mmin是否大于阈值dm2,如果大于,则判断目前没有发生超压的危险,如果不大于,则进入步骤(5);(5)判断从试验开始到此时的总吹风时间是否大于阈值T0,如果小于,则认为目前没有发生超压的危险,如果大于,则进入步骤(6);(6)判断此时的模型的攻角α,如果攻角α小于设定的阈值α0,则认为目前没有发生超压的危险,如果攻角值已经大于α0,则判断总压即将超压,输出报警信号;(7)如果认为目前没有发生超压的危险,则判断试验是否结束,如果试验没有结束则将第一个马赫数数据剔除,将新产生的第n+1个数据点加到数据队列的尾部,重新组成n个马赫数的数据点,并返回步骤(3),如果试验结束,则结束风洞跨声速试验前室超压预判。上述过程对应的程序流程图参见图4。优选的,无论是否发生超压,也无论是否某一次发出超压预警,重复执行步骤(2)~(4),直至试验结束。优选的,dm1与风洞的马赫数控制精度为p关系为:dm1=k*p,k为系数,取值在1.5到2之间,阈值dm1的取值在0.0075MA~0.01MA之间。优选的,阈值dm2与风洞的马赫数控制精度为p关系为:dm2=k2*p,k2为系数,取值在0.7到1之间,阈值dm2取值0.005以内。优选的,阈值T0与从打开风洞调压阀阀门到流场基本稳定的时间t的关系为,t<T0<2t,阈值T0取值在5s到10s之间。优选的,阈值α0取值为5°。本专利技术与现有技术相比具有如下优点:(1)本专利技术能够在超压发生前几秒到十几秒的时间提前给风洞操作人员发生预警,及时关机,保护风洞、模型及设备的安全,措施有效,有效率在99%以上。(2)本专利技术通过马赫数曲线进行判断,方法简单有效,计算速度快,保证了报警的及时性。附图说明图1是某一马赫数的吹风数据,包括总压曲线、静压曲线和马赫数曲线(该图横坐标是时间,单位为s);其中总压曲线在试验后期65s以后不断升高,直到超过0.19MPa的设定压力;图2未用超压预判算法进行预判的发生超压的试验的马赫数曲线(该图横坐标是数据点,与对应的时间是10倍的关系);图3用超压预判算法进行预判的该次马赫数曲线(该图横坐标是数据点,与对应的时间是10倍的关系);图4是本专利技术算法的流程图。具体实施方式本专利技术统计风洞历次超压过程中的总压曲线、静压曲线、马赫数曲线的数据特点,分析超压前后的数据特点,例如参见图1在0.17MP时发生了超压,时间点为75s,马赫数曲线在75s前后比较平滑,数据变化量很小,并且一直低于期望马赫数1.2;这段时间内,静压曲线跟随总压曲线同步上涨,导致总静压比值保持不变,这是马赫数保持基本不变而总压不可逆上涨的原因。分析后通过马赫数曲线及其他试验数据判断是否即将发生超压,具体步骤如下:(1)获取试验期望马赫数M0,判断是否满足1.5MA>M0>1MA,如果否,则判定总压不会发生超压;如果是,则进入步骤(2);(2)确定选取马赫数的数据点数n;选取n个马赫数的数据点,第i个数据点对应的马赫数为Mi;(3)判断M0-Mi是否大于阈值dm1,如果不大于,则判断不会发生超压,如果大于则进入步骤(4);(4)获取这n个马赫数数据点中的最大值Mmax和最小值Mmin,判断Mmax-Mmin是否大于阈值dm2,如果大于,则判断不会发生超压,如果不大于,则进入步骤(5);(5)判断从试验开始到此时的总吹风时间是否大于阈值T0,如果小于,则认为不会发生超压,如果大于,则进入步骤(6);(6)判断此时的攻角(模型的迎角)数据α,如果攻角α小于设定的阈值α0,则认为不会超压,如果攻角值已经大于α0,则判断总压即将超压,输出报警信号,提醒操作人员关车停止试验。(7)对数据采用先进先出的方式,将马赫数数据段中第一个马赫数数据M1剔除,将新产生的第n+1个数据点加到数据队列的尾部,然后重复执行步骤(3)到步骤(6)的判断,如此循环,可以对吹风过程中任何一个时刻风洞流场是否要超压进行预判,直到试验结束。合理设定算法中需要的参数,包括:数据段段长dl(例如取30~50个马赫数的数据点),期望马赫数d与实际马赫数差值的阈值dm1,实际马赫数最大与最小值的阈值dm2;合理设定算法中需要的数据段段长dl,时间阈值T0,攻角阈值α0;dm1的确定方法:dm1与不同风洞的马赫数不同的控制精度有关,假设某风洞的马赫数控制精度为p,则dm1与p的关系近似为:dm1=k*p,一般系数k取1.5到2。如果一个风洞的控制精度为0.005M,则dm1约为0.0075~0.01M,k取值太小或太大,都将失去预判效果。dm2的确定方法:dm2也与马赫数控制精度有关,dm2=k2*p,一般k2取值在0.7到1之间,超压趋势一旦确立,也即发生壅塞现象之后,马赫数数据曲线是相当平滑的,k2取值太大,也将失去预判效果。T0的确定方法:T0与控制风洞流场的稳定时间有关,即从打开风洞调压阀阀门到流场基本稳定的时间t本文档来自技高网...
一种用于风洞跨声速试验前室超压的预判方法

【技术保护点】
一种用于风洞跨声速试验前室超压的预判方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)获取试验期望马赫数M0,判断是否满足1.5MA>M0>1MA,如果否,则判定本次试验总压不会发生超压,结束风洞跨声速试验前室超压预判;如果是,则进入步骤(2);(2)确定选取马赫数的数据点数n;从试验吹风产生的第一个马赫数数据开始选取n个马赫数的数据点,第i个数据点对应的马赫数为Mi;(3)依次计算M0与Mi的差值,判断是否所有差值均大于阈值dm1,如果存在小于或等于阈值的差值,则判断目前没有发生超压的危险,进入步骤(7),如果所有差值均大于阈值则进入步骤(4);(4)获取n个马赫数数据点中的最大值Mmax和最小值Mmin,判断Mmax‑Mmin是否大于阈值dm2,如果大于,则判断目前没有发生超压的危险,进入步骤(7),如果不大于,则进入步骤(5);(5)判断从试验开始到此时的总吹风时间是否大于阈值T0,如果小于,则认为目前没有发生超压的危险,进入步骤(7),如果大于,则进入步骤(6);(6)判断此时的模型的攻角α,如果攻角α小于设定的阈值α

【技术特征摘要】
1.一种用于风洞跨声速试验前室超压的预判方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)获取试验期望马赫数M0,判断是否满足1.5MA>M0>1MA,如果否,则判定本次试验总压不会发生超压,结束风洞跨声速试验前室超压预判;如果是,则进入步骤(2);(2)确定选取马赫数的数据点数n;从试验吹风产生的第一个马赫数数据开始选取n个马赫数的数据点,第i个数据点对应的马赫数为Mi;(3)依次计算M0与Mi的差值,判断是否所有差值均大于阈值dm1,如果存在小于或等于阈值的差值,则判断目前没有发生超压的危险,进入步骤(7),如果所有差值均大于阈值则进入步骤(4);(4)获取n个马赫数数据点中的最大值Mmax和最小值Mmin,判断Mmax-Mmin是否大于阈值dm2,如果大于,则判断目前没有发生超压的危险,进入步骤(7),如果不大于,则进入步骤(5);(5)判断从试验开始到此时的总吹风时间是否大于阈值T0,如果小于,则认为目前没有发生超压的危险,进入步骤(7),如果大于,则进入步骤(6);(6)判断此时的模型的攻角α,如果攻角α小于设定的阈值α0,则...

【专利技术属性】
技术研发人员:王复春宋法振侯逸青杨辉
申请(专利权)人:中国航天空气动力技术研究院
类型:发明
国别省市:北京,11

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