修正风洞实验测压模型风压信号畸变的方法技术

本发明专利技术涉及风洞实验领域，特别是涉及一种修正风洞实验测压模型风压信号畸变的方法。该方法中测试管道长度采用常规尺子测量，测试管道的孔径修正采取注水称重法；压力扫描阀体积的测定是根据实测数据中的幅值比与相位两个参量与理论分析作比较，通过两个参量的加权计算，最后选取吻合度最高时的压力扫描阀体积预估值作为采集系统中压力扫描阀体积的参考值。本发明专利技术通过以实验和理论分析相结合，以测量测试管道长度、修正测试管道孔径和测定压力扫描阀体积为前提，通过傅里叶变换和逆变换对风洞实验测压模型风压信号的畸变进行修正，可以消除风压信号的失真。

A Method to Correct the Distortion of Wind Pressure Signal in the Pressure Model of Wind Tunnel Test

The invention relates to the field of wind tunnel experiment, in particular to a method for correcting the distortion of wind pressure signal in wind tunnel test pressure model. In this method, the length of the test pipeline is measured by a conventional ruler, and the diameter of the test pipeline is corrected by a water injection weighing method; the volume of pressure scanning valve is measured by comparing the amplitude ratio and phase of the measured data with the theoretical analysis, through weighting calculation of the two parameters, and finally the volume prediction of the pressure scanning valve with the highest coincidence is selected as the pressure in the acquisition system. Reference value of scanning valve volume. The invention combines experimental and theoretical analysis, takes measuring the length of test pipeline, correcting the diameter of test pipeline and measuring the volume of pressure scanning valve as premise, corrects the distortion of wind pressure signal of wind tunnel test pressure model by Fourier transform and inverse transform, and eliminates the distortion of wind pressure signal.

【技术实现步骤摘要】
修正风洞实验测压模型风压信号畸变的方法
本专利技术涉及风洞实验领域，特别是涉及一种修正风洞实验测压模型风压信号畸变的方法。
技术介绍
在风工程研究领域，主要包括有风洞实验、数值仿真模拟以及现场实测三种技术手段，风洞实验是依据运动的相对原理，将实验模型或者实物固定在地面人工环境中，人为制造气流通过，通过缩尺与等尺等方式获取实验数据，其主要包括测压与测力两种主要用途。在开展风洞测压模型实验时，测得建筑模型表面的风压信号是经过管道传送到压力扫描阀上的，在传送的过程中，测试管道的长度、孔径和压力扫描阀的体积会使信号发生放大或缩小的失真效应，而测试管道的长度可以直接采用尺子测量，但是测试管道的孔径以及压力扫描阀的体积由于尺寸结构等难以确定，为了最大限度消除风压信号的失真，需要对相关参数进行理论修正。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种修正风洞实验测压模型风压信号畸变的方法，以解决现有技术中风洞实验测压模型的风压信号失真的问题。本专利技术的修正风洞实验测压模型风压信号畸变的方法的技术方案为：修正风洞实验测压模型风压信号畸变的方法，包括以下步骤，步骤一，采用注水称重法修正测试管道的孔径，将测试管道的孔径出厂参数定为名义孔径，记为Dnom，测试管道的修正孔径记为Dcor，记L为测试管道的管长，ML为管长的净重，MG_L为测试管道注水后的满水重量，VW_L为测试管道的容水体积，则最终得到的测试管道的修正孔径Dcor为其中，ρW为水的密度；步骤二，将具有特定频率与幅值的振动信号送入密闭腔室，从而产生气流的流动以引起压力的变化；在密闭腔室上连接步骤一中的测试管道，将待检测体积的压力扫描阀与测试管道连接以采集输入信号S(in)(t)和输出信号S(out)(t)，输入信号S(in)(t)和输出信号S(out)(t)均为压力的时域信号；步骤三，将输入信号S(in)(t)和输出信号S(out)(t)做傅里叶变换后得到实测频响函数，并将该计算得到的实测频响函数与理论频响函数进行拟合，拟合出最佳的扫描阀体积V(mm3)；将输入信号S(in)(t)和输出信号S(out)(t)代入以下公式，其中，通过傅里叶变换将输入信号S(in)(t)和输出信号S(out)(t)的时域信号转变成频域上的信号，输出信号和输入信号转变后的频域信号分别为X(ω)和Y(ω)，其中ω为圆频率，ω＝2πfj(j＝1，2，3，…，N)，fj为一组振动信号的振动频率，j为各个振动信号的序号；上述公式的复数形式为，H(ω)＝|H(ω)|e-i·arg(H(ω))其中，H(ω)即为实测频响函数，|H(ω)|和arg(H(ω))分别为复数的模和角度；|H(ω)|和arg(H(ω))在频域上分别对应构成了幅值响应函数(ARF)和相位响应函数(PRF)；理论频响函数为上式中，Pr＝μCp/λ其中，Vt为长度为L、半径为R的管道的容积，Vt＝πR2L；V(m3)为压力扫描阀的内部体积，σ为传感器无量纲增量，假设为零；K为常数，K＝1.402；γ为空气的比热容；c为声速，P0为大气压，ρs为该P0大气压下的空气密度；Pr为普朗特数，其中μ＝1.85×105(Pa·s)，Cp＝1007(J/(kg·K))，λ为空气的动态粘度；J0和J2是第一类的0阶和2阶贝塞尔函数；α为剪切波数；n与φ为中间变量；步骤四，测量风洞实验测压模型的测压管道的实际长度，将步骤一中得到的修正孔径与步骤三中得到的压力扫描阀的体积代入风洞实验测压模型，对测压模型上的风压信号进行修正。该技术方案的有益效果在于，采用注水称重法修正测试管道的孔径，利用修正的孔径信息对采集数据的幅值比和相位与理论公式结合，拟合出压力扫描阀的最佳体积，然后利用实际孔径和扫描阀体积以及风洞实验的实际管长对风压信号进行修正，以消除测压管道的几何参数和压力扫描阀体积对实验数据的失真影响。进一步地，测试管道包括长度最小的参考管道和长度大于参考管道的长度的信号管道，将压力扫描阀从参考管道采集的信号作为输入信号S(in)(t)，将压力扫描阀从信号管道采集的信号作为输出信号S(out)(t)。长度最小的参考管道采集的信号作为输入信号，长度越短，振动信号在传递过程的损耗越小，振动信号更为真实。进一步地，所述信号管道长度各不相同，记第i个测试管道的管长为Li(i＝1，2，3，…，n)，将各个测试管道的修正孔径进行平均，得到测试管道的修正孔径的平均值，记MLi为第i个测试管道的净重，MG_Li为第i个测试管道注水后的满水重量，VW_Li为第i个测试管道的容水体积，则最终得到的测试管道的修正孔径Dcor为VW_Li＝(MG_Li-MLi)/ρW其中，Dcor_Li为第i个测试管道的修正孔径。对于名义孔径相同的测试管道选取多个长度分别修正孔径，修正孔径的平均值作为该测试管道的实际孔径，可以消除个别误差。进一步地，将压力扫描阀从第i个测试管道采集的输出信号记为Sout_Dcor_Li(t)，将Sout_Dcor_Li(t)代入实测频响函数得到相应不同长度的测试管道的实测频响函数，将Li代入理论频响函数得到相应不同长度的测试管道的理论频响函数，将相应长度的测试管道下的实测频响函数与理论频响函数进行拟合，从而得到相应长度的测试管道下的压力扫描阀的体积，将各个不同长度的测试管道下的压力扫描阀的体积值进行加权得到压力扫描阀的平均体积。对多个测试管道采集的输出信号分别计算实测频响函数，对于得到的压力扫描阀的体积进行加权平均，可以减小操作以及个别测试管道引起的误差。进一步地，各个信号管道的名义孔径不同，对不同孔径以及不同长度的信号管道分别计算实测频响函数，从而得到不同测试管道下的压力扫描阀的体积，将得到的压力扫描阀的各个体积值加权平均后得到压力扫描阀的平均体积。信号管道的名义孔径以及长度均不同，可以得到不同条件下的压力扫描阀的体积，加权平均后得到的平均体积更为准确。进一步地，步骤三中，压力扫描阀以固定的采样频率对压力信号进行采集，一组振动信号的振动频率fj(j＝1，2，3，…，N)中的最大值不小于0.2倍的采样频率且不大于0.5倍的采样频率。一组振动信号的振动频率的最大值不超过0.5倍的采样频率，可以保证一个振动周期内采集到足够的数据点，从而保证拟合时的曲线具有足够的坐标点，提高拟合的准确性。进一步地，一组振动信号的振动频率fj采用对数式增长选定。振动信号的振动频率采用对数式增长，振动频率具有规律，拟合曲线制作方便。进一步地，对于振动频率为fj的振动信号，压力扫描阀的采集时长至少包含有十个信号周期。采集时长至少有十个信号周期，确保较低信号频率下采样数据的成效性，可以避免因采集时间过短而影响修正结果。进一步地，步骤三中，大气压为标准大气压，P0＝1.01×105Pa，ρs＝1.185kg/m3，γ为在气温T0＝298K和标准大气压条件下的空气的比热容，γ＝1.402，动态粘度λ＝0.0261。附图说明图1是本专利技术的修正风洞实验测压模型风压信号畸变的方法实施例1的修正系统示意图；图2是图1的修正系统的密闭腔室的示意图；图3是图2的密闭腔室的管道连接块的示意图；图4是对孔径参数修正的幅值响应函数图像；图5是对孔径参数修正的相位响应函数图像；图6是原始数据的幅值响应函数图像；图7本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.修正风洞实验测压模型风压信号畸变的方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤一，采用注水称重法修正测试管道的孔径，将测试管道的孔径出厂参数定为名义孔径，记为Dnom，测试管道的修正孔径记为Dcor，记L为测试管道的管长，ML为管长的净重，MG_L为测试管道注水后的满水重量，VW_L为测试管道的容水体积，则最终得到的测试管道的修正孔径Dcor为

【技术特征摘要】
1.修正风洞实验测压模型风压信号畸变的方法，其特征在于，包括以下步骤，步骤一，采用注水称重法修正测试管道的孔径，将测试管道的孔径出厂参数定为名义孔径，记为Dnom，测试管道的修正孔径记为Dcor，记L为测试管道的管长，ML为管长的净重，MG_L为测试管道注水后的满水重量，VW_L为测试管道的容水体积，则最终得到的测试管道的修正孔径Dcor为VW_L＝(MG_L-ML)/ρW其中，ρW为水的密度；步骤二，将具有特定频率与幅值的振动信号送入密闭腔室，从而产生气流的流动以引起压力的变化；在密闭腔室上连接步骤一中的测试管道，将待检测体积的压力扫描阀与测试管道连接以采集输入信号S(in)(t)和输出信号S(out)(t)，输入信号S(in)(t)和输出信号S(out)(t)均为压力的时域信号；步骤三，将输入信号S(in)(t)和输出信号S(out)(t)做傅里叶变换后得到实测频响函数，并将该计算得到的实测频响函数与理论频响函数进行拟合，拟合出最佳的扫描阀体积V(mm3)；将输入信号S(in)(t)和输出信号S(out)(t)代入以下公式，其中，通过傅里叶变换将输入信号S(in)(t)和输出信号S(out)(t)的时域信号转变成频域上的信号，输出信号和输入信号转变后的频域信号分别为X(ω)和Y(ω)，其中ω为圆频率，ω＝2πfj(j＝1，2，3，…，N)，fj为一组振动信号的振动频率，j为各个振动信号的序号；上述公式的复数形式为，H(ω)＝|H(ω)|e-i·arg(H(ω))其中，H(ω)即为实测频响函数，|H(ω)|和arg(H(ω))分别为复数的模和角度；|H(ω)|和arg(H(ω))在频域上分别对应构成了幅值响应函数(ARF)和相位响应函数(PRF)；理论频响函数为上式中，Pr＝μCp/λ其中，Vt为长度为L、半径为R的管道的容积，Vt＝πR2L；V(m3)为压力扫描阀的内部体积，σ为传感器无量纲增量，假设为零；K为常数，K＝1.402；γ为空气的比热容；c为声速，P0为大气压，ρs为该P0大气压下的空气密度；Pr为普朗特数，其中μ＝1.85×105(pa·s)，Cp＝1007(J/(kg·K))，λ为空气的动态粘度；J0和J2是第一类的0阶和2阶贝塞尔函数；α为剪切波数；n与φ为中间变量；步骤四，测量风洞实验测压模型的测压管道的实际长度，将步骤一中得到的修正孔径与步骤三中得到的压力扫描阀的体积代入风洞实验测压模型，对测压模型上的风压信号进行修正。2.根据权利要求1所述的修正风洞实验测压模型风压信号畸变的方法，其特征在于，测试管道包括长度最小的参考管道...

【专利技术属性】
技术研发人员：何运成，梁启胜，李智，吴玖荣，傅继阳，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：广东,44