一种风洞试验数据的温度效应评估与修正方法技术

本发明专利技术公开了一种风洞试验数据的温度效应评估与修正方法，目的在于解决风洞低温运行时模型热胀冷缩效应影响修正问题。对于低温运行风洞而言，为提高试验雷诺数，温度运行下限极低，同时为评估雷诺数影响，采用不同温度运行，使得热胀冷缩效应对模型尺度的影响不能忽略，需要开展低温风洞试验数据修正研究。本发明专利技术采用恢复温度计算模型特征尺寸的变化，不需要测量模型表面温度，不仅避免了温度传感器安装布设难题，而且能够有效拓宽该方法的适用范围。同时，本发明专利技术仅通过三个参数即可快速评估温度效应影响，以及对试验数据的实时修正，工程实用性好，能够满足风洞试验数据质量要求，为未来先进风洞设备运行和试验数据质量提升提供了依据。提供了依据。提供了依据。

【技术实现步骤摘要】
一种风洞试验数据的温度效应评估与修正方法


[0001]本专利技术涉及实验空气动力学领域，具体为一种风洞试验数据的温度效应评估与修正方法。

技术介绍

[0002]温度是风洞的重要运行参数之一，高速风洞中通常在稳定段内测量风洞运行总温，然后按照等熵公式计算试验段模型绕流静温，并据此计算当前试验状态的雷诺数、静压、速压等参数。实际上，温度除了影响风洞运行参数外，还会影响测力天平读数和模型尺度，即温度效应。对于测力天平而言，该影响表现为温漂，通常通过在天平桥路中引入温度补偿，以减小该影响。对于试验模型而言，即热胀冷缩效应，随着温度的变化，模型的特征尺寸（长度、面积等）会由于热胀冷缩效应而有所不同，导致压力系数、气动力、力矩系数等试验结果存在误差，而风洞运行和数据处理时通常忽略了这种影响。
[0003]对于常温运行风洞而言，暂冲式风洞运行时间仅几分钟，由于储气罐内气体膨胀导致的温度变化对模型影响较小，可以忽略温度的热效应对试验结果的影响；连续式风洞运行时间虽然较长（按小时计），但采用换热器可以将气流温度变化控制在较小的范围，同样可以忽略温度的热效应。但对于低温运行风洞而言，为提高试验雷诺数，温度运行范围较宽（例如，对于典型运输机模型，为实现飞行雷诺数的模拟，运行时最低温度可达110K（
‑
163℃）），同时为评估雷诺数影响，采用不同温度运行，此时热胀冷缩效应对模型尺度的影响就不能忽略，必须采用合理方法评估不同温度运行条件下气流热效应的影响，并进行数据修正工作，以获得真实运行条件下的试验结果。
[0004]为此，迫切需要一种新的装置和/或方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的专利技术目的在于：解决风洞低温运行时模型热胀冷缩效应影响修正问题，提供一种风洞试验数据的温度效应评估与修正方法。对于低温运行风洞而言，为提高试验雷诺数，温度运行下限极低，同时为评估雷诺数影响，采用不同温度运行，使得热胀冷缩效应对模型尺度的影响不能忽略，需要开展低温风洞试验数据修正研究。本专利技术的目的在于完善现有风洞试验数据处理方法，提出温度效应的工程评估修正方法，为未来先进风洞设备运行和试验数据质量提升提供依据。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种风洞试验数据的温度效应评估与修正方法，包括如下步骤：（1）针对待测模型，开展待测模型材料热膨胀系数检测试验，得到热膨胀系数随温度的变化曲线：公式1；式中，为热膨胀系数，单位为1/K，T为材料温度，单位为K；（2）根据风洞试验条件计算模型绕流恢复温度；
其中，温度恢复系数根据试验介质的普朗特数计算，计算公式如下：公式2；公式2中，为模型绕流恢复温度，为风洞运行总温，为风洞运行马赫数，为温度恢复系数，Pr为普朗特数；对于普朗特数Pr接近于1的气体，层流时，湍流时；（3）根据模型绕流恢复温度和热膨胀系数随温度的变化曲线，得到当前试验条件下的热膨胀系数，计算公式如下：公式3；公式3中，为热膨胀系数；（4）根据热膨胀系数以及测定基准温度，计算得到热效应修正因子，计算公式如下：公式4；公式4中，为热效应修正因子，为针对待测模型的热膨胀系数检测基准温度；利用热效应修正因子计算得到模型真实的参考长度、模型真实的参考面积，并对试验结果进行更新，获得真实条件下的压力系数、气动力系数、气动力矩系数，计算公式如下：公式5；公式5中，为模型名义参考长度，为名义参考面积，为模型真实的参考长度，为模型真实的参考面积；C为压力系数或气动力系数，为气动力矩系数，C
c
为真实条件下的压力系数或真实条件下的气动力系数，为真实条件下的气动力矩系数。
[0007]所述步骤（1）中，获得包含风洞试验温度范围的热膨胀系数随温度的变化曲线。
[0008]所述步骤（1）中，开展待测模型材料热膨胀系数检测试验时，假定模型材料均匀，热效应各向同性，只进行线热膨胀系数检测。
[0009]所述普朗特数Pr为温度边界层和流动边界层对比关系的表征；Pr大于1时，速度边界层大于热边界层；Pr小于1时，速度边界层小于热边界层。
[0010]当风洞的运行介质为空气或氮气时，采用全湍流边界层估算温度恢复系数。
[0011]所述模型绕流恢复温度是指气流在绝热的固体表面上被滞止到零速度时的温度。
[0012]测定的风洞运行总温、风洞运行马赫数为实时测量数据。
[0013]所述风洞运行总温为风洞运行时，管道内气流等熵滞止为零时的温度；通常假定风洞的稳定段内速度为零，在稳定段内测量。
[0014]所述步骤（4）中，热膨胀系数检测基准温度通常为实验室常温293.15K。
[0015]该温度效应评估与修正方法在低温风洞试验数据或常温风洞试验数据中的应用。
[0016]将该方法用于低温风洞试验数据的温度效应评估，或用于常温风洞的运行温度影响分析。
[0017]为提高低温风洞试验数据的精准度水平，本申请提出了一种用于风洞试验数据的温度效应评估与修正方法。本申请结合模型材料的热膨胀系数和风洞运行状态参数，能够快速计算温度效应的影响量值，并对试验数据进行实时修正。该方法能够用于低温风洞试验数据的温度效应评估，也可以用于常温风洞的运行温度影响分析，对于保障试验数据质量、评估运行参数影响具有重要作用。
[0018]目前，现有风洞试验数据处理方法忽略了温度变化导致的模型热胀冷缩效应影响，在风洞运行温度发生较大范围变化时，会导致模型特征尺寸发生变化，进而影响试验结果的准确性。本专利技术提出了一种快速、可靠的温度效应评估修正方法，对现有技术进行了拓展完善。
[0019]本专利技术采用恢复温度计算模型特征尺寸的变化，不需要测量模型表面温度，不仅避免了温度传感器安装布设难题，而且能够有效拓宽该方法的适用范围。同时，本专利技术通过模型材料的热膨胀系数、风洞运行马赫数、总温三个参数即可快速评估温度效应影响，以及对试验数据的实时修正，工程实用性好，能够满足风洞试验数据质量要求。本专利技术适用于低温运行风洞，也可用于某些特殊条件下的常温运行风洞，例如气源容积小、耗气量高的暂冲式风洞，以及换热器性能不足的连续式风洞。
附图说明
[0020]本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是试验模型材料热膨胀系数随温度的变化曲线图。
[0021]图2是升力系数热效应修正量随模型迎角的变化曲线图。
[0022]图3是阻力系数热效应修正量随模型迎角的变化曲线图。
[0023]图4为俯仰力矩系数热效应修正量随模型迎角的变化曲线图。
具体实施方式
[0024]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0025]本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0026]本方法通过下述技术方案来实现：考虑到温度的热本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风洞试验数据的温度效应评估与修正方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）针对待测模型，开展待测模型材料热膨胀系数检测试验，得到热膨胀系数随温度的变化曲线：公式1；式中，为热膨胀系数，单位为1/K，T为材料温度，单位为K；（2）根据风洞试验条件计算模型绕流恢复温度；其中，温度恢复系数根据试验介质的普朗特数计算，计算公式如下：公式2；公式2中，为模型绕流恢复温度，为风洞运行总温，为风洞运行马赫数，为温度恢复系数，Pr为普朗特数；对于普朗特数Pr接近于1的气体，层流时，湍流时；（3）根据模型绕流恢复温度和热膨胀系数随温度的变化曲线，得到当前试验条件下的热膨胀系数，计算公式如下：公式3；公式3中，为热膨胀系数；（4）根据热膨胀系数以及测定基准温度，计算得到热效应修正因子，计算公式如下：公式4；公式4中，为热效应修正因子，为针对待测模型的热膨胀系数检测基准温度；利用热效应修正因子计算得到模型真实的参考长度、模型真实的参考面积，并对试验结果进行更新，获得真实条件下的压力系数、气动力系数、气动力矩系数，计算公式如下：公式5；公式5中，为模型名义参考长度，为名义参考面积，为模型真实的参考长度，为模型真实的参考面积；C为压力系数或气动力系数，为气动力矩系数，C
c
为真实条件下的压力系数或真实条件下的气动力系数，为真实条件下的气动力矩系数。2.根据权利要求1所述风洞试验数据的温度效应评估与修正方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘光远，李强，吴继飞，李为群，李国帅，刘大伟，王元靖，陈昇展，彭鑫，姚丹，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：