一种进气道连续变流量瞬态气动特性风洞测试方法技术

本发明专利技术公开一种进气道连续变流量瞬态气动特性风洞测试方法，属于风洞试验领域，试验测量采用稳/动态组合的测量手段，测量段采用环形的耙结构，各个耙结构上装有数个高频动态传感器，测量段壁面静压和流量计的总/静压通过低频的稳态传感器测量，可对进气道连续变流量瞬时气动特性进行全方位捕捉。在稳/动态数据采集存储结束后，沿时间轴把动态数据按稳态采样周期进行分段，每个数据段起始时刻的稳态数据与该数据段动态数据相对应，结合常规稳态进气道气动参数处理公式，对进气道连续变流量瞬时气动参数进行处理。本方法满足了飞行器发动机加/减油门而引起的进气道内非定常流场的测试需求，使得稳态采集时间与动态采集时间对应更为准确。应更为准确。应更为准确。

【技术实现步骤摘要】
一种进气道连续变流量瞬态气动特性风洞测试方法


[0001]本专利技术属于风洞试验领域，具体涉及一种进气道连续变流量瞬态气动特性风洞测试方法。

技术介绍

[0002]进气道风洞试验是检验飞行器进气道性能、保证飞行安全的重要研究环节。目前的进气道风洞试验多采用固定风洞风速、阶梯改变流量调节阀锥位的方式进行测量，此方法能够较好地得到飞行器进气道在匹配点流量下的稳态性能参数。但是，飞行器在飞行过程中，其发动机时常有加/减油门的控制需求，此时，其进气道则会面临连续变流量的进气工况，进气道的内流场呈现出典型的非定常特性。面对由飞行器发动机加/减油门而引起的进气道内非定常流场的测试，现有的阶梯变流量稳态测量方法已不能满足测试需求。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术提供了一种进气道连续变流量瞬态气动特性风洞测试方法，用于非定常的进气道试验，对进气道瞬时特性进行研究。
[0004]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方如下：一种进气道连续变流量瞬态气动特性风洞测试方法，包括以下步骤：
[0005]步骤(1)：在进气道连续变流量试验中，对进气道连续变流量瞬时气动特性进行全方位采集，采用动态采集和稳态采集的组合采集方式，动态采集包括：在测量段采用环形的耙结构，所述的环形的耙结构上装有数个高频动态压力传感器，采集气体脉动压力；稳态采集包括：将测量段壁面静压和流量计的总压及静压通过低频稳态压力传感器采集；
[0006]步骤(2)：在进气道连续变流量试验中，调整来流风速到达预定值，流量调节阀开度调整到初始位置，调整引射系统抽吸建立进气道内流场，稳态与动态同步开始采集，快速连续改变流量调节阀开度至最终位置，稳态采集结束，动态采集延迟一段时间后结束；
[0007]步骤(3)：在稳态和动态数据采集存储结束后，沿时间轴把动态数据按稳态采样周期进行分段，每个数据段起始时刻的稳态数据与该数据段动态数据相对应，结合稳态进气道气动参数处理公式，对进气道连续变流量瞬时气动参数进行处理，得出总压恢复系数、流量系数、换算流量、稳态周向畸变指数和稳态径向畸变指数；
[0008]其中，稳态和动态同步采集数据与时间对应关系如表1所示：
[0009]表1
[0010][0011]表1中，n为稳态数据采集次数，α是动态采集的采样频率，β是稳态采集的采样频率；
[0012]由表1得出，稳态数据采集n次，动态数据采集nα/β次，在进行连续变流量瞬时气动特性参数的计算前，需把稳态和动态数据分为n个数据段，每个数据段包含该段初始时刻采集的1个稳态数据和之后1/βs内采集的α/β个动态数据，在进行瞬时气动特性参数计算时，依次对n个数据段进行计算，每个数据段的瞬时气动特性参数循环计算α/β次，每次计算使用的稳态数据为数据段起始时刻的稳态数据，每次计算使用的动态数据为对应数据段内任意时刻的动态数据。
[0013]进一步的，所述的稳态进气道气动参数处理公式如下：
[0014]总压恢复系数σ
s
：
[0015][0016]式中，—进气道出口总压算术平均值，P
0∞
—风洞来流总压值；
[0017]流量系数
[0018][0019]式中，—流量计总压算术平均值；π3—流量计喷嘴截面静压与总压之比；
[0020]P
0∞
—风洞来流总压值；q(π3)—流量计流量函数值；F3—流量计喷嘴吼道面积；
[0021]Fth—进气道入口面积；
[0022]小于马赫数1的情况下，换算流量Wc3：
[0023][0024]式中，scale—模型缩比；
[0025]稳态周向畸变指数Δσ：
[0026]Δσ0＝max{Δσ
0k
},k＝1...l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0027]式中,Δσ0—周向k个低压区畸变指数最大值，即周向畸变指数；
[0028]稳态径向畸变指数Δσ
p
：
[0029]Δσ
p
＝max{Δσ
pk
},k＝1...l
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0030]式中，Δσ
pk
—第k个连续半径低压区的畸变指数。
[0031]进一步的，在进行湍流度的计算时，需针对n个数据段计算出n个湍流度，每个湍流度代表对应数据段的平均湍流度，各数据段的平均湍流度通过对应稳态采集时刻后1/βs内的所有动态测点的总压脉动量均方根之和与压力均值之和做比获得，综合畸变指数W由该数据段的平均湍流度Tu与各个稳态周向畸变指数Δσ0相加获得，平均湍流度Tu的计算公式为：
[0032][0033]式中，ΔP
02rmsi
—测量段动态测点的均方根值；
[0034]—测量段第i个动态测点，稳态测点采集时刻之后一个数据段内绝对压力平均值,m—高频动态压力传感器个数。
[0035]本专利技术的优点及有益效果：本方法满足了飞行器发动机加/减油门而引起的进气道内非定常流场的测试需求，使得稳态采集时间与动态采集时间对应更为准确；采取稳态和动态同步采集、时间范围覆盖流量调节阀调节时间范围的方式，很好的解决了控制与采集之间的控制逻辑关系，使得数据更为完整；将数据按照稳态采集间隔分段，能够更加准确地把控进气道内气动参数变化情况。
附图说明：
[0036]图1为本专利技术总体布置图；
[0037]图2为进气道测量段模型示意图；
[0038]图3为数据采集时间分布示意图；
[0039]其中，1、模型，2、模型进气道3、测量段，4、连接管路，5、支撑结构，6、流量计，7、调节阀，8、引射器，9、稳态数据采集模块，10、动态数据采集模块，11、风洞数据采集模块，12、计算机，13、测量段结构，14、测量段的耙结构，15、稳态测量点，16、动态测量点。
具体实施方式：
[0040]下面根据说明书附图举例对本专利技术做进一步的说明：
[0041]实施例1
[0042]一种进气道连续变流量瞬态气动特性风洞测试方法包含以下步骤：
[0043](1)在进气道连续变流量试验中，试验测量用动态采集和稳态采集的组合采集方式，动态采集包括：测量段采用“水”字耙形式，每个耙可安装5个高频动态压力传感器，采样频率设为20kHz,采集气体脉动压力；稳态采集包括：测量段壁面静压和流量计的总压和静压通过低频稳态压力传感器采集，采样频率设为10Hz。由此，可对进气道连续变流量瞬时气动特性进行全方位采集。
[0044](2)在进气道连续变流量试验中，调整来流风速到达预定值，流量调节阀开度调整到初始位置，调整引射系统抽吸建立进气道内流场，采用硬件触发方式使稳态与动态同步开始采集。在同步采集开始1s后，流量调节阀锥位开始变化，经4s行至结束位置，再经1s后稳态采集结束，动态采集延迟一段时间后结束。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种进气道连续变流量瞬态气动特性风洞测试方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤(1)：在进气道连续变流量试验中，对进气道连续变流量瞬时气动特性进行全方位采集，采用动态采集和稳态采集的组合采集方式，动态采集包括：在测量段采用环形的耙结构，所述的环形的耙结构上装有数个高频动态压力传感器，采集气体脉动压力；稳态采集包括：将测量段壁面静压和流量计的总压及静压通过低频稳态压力传感器采集；步骤(2)：在进气道连续变流量试验中，调整来流风速到达预定值，流量调节阀开度调整到初始位置，调整引射系统抽吸建立进气道内流场，稳态与动态同步开始采集，快速连续改变流量调节阀开度至最终位置，稳态采集结束，动态采集延迟一段时间后结束；步骤(3)：在稳态和动态数据采集存储结束后，沿时间轴把动态数据按稳态采样周期进行分段，每个数据段起始时刻的稳态数据与该数据段动态数据相对应，结合稳态进气道气动参数处理公式，对进气道连续变流量瞬时气动参数进行处理，得出总压恢复系数、流量系数、换算流量、稳态周向畸变指数和稳态径向畸变指数；其中，稳态和动态同步采集数据与时间对应关系如表1所示：表1表1中，n为稳态数据采集次数，α是动态采集的采样频率，β是稳态采集的采样频率；由表1得出，稳态数据采集n次，动态数据采集nα/β次，在进行连续变流量瞬时气动特性参数的计算前，需把稳态和动态数据分为n个数据段，每个数据段包含该段初始时刻采集的1个稳态数据和之后1/βs内采集的α/β个动态数据，在进行瞬时气动特性参数计算时，依次对n个数据段进行计算，每个数据段的瞬时气动特性参数循环计算α/β次，每次计算使用的稳态数据为数据段起始时刻的稳态数据，每次计算使用的动态数据为对应数据段内任意时刻的动态数据。
2.根据权利要求1所述的一种进气道连续变流量瞬态气动特...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋彦霆，李长坤，刘郡郡，滕鹏，杜希奇，周志坚，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：