一种高超声速风洞变目标值流场控制系统及方法技术方案

一种高超声速风洞变目标值流场控制系统及方法，属于高超风洞运行控制技术领域。其包括高压气源通过第一支路与加热器连接，高压气源通过第二支路与第一引射环管连接，高压气源通过第三支路与第二引射环管连接，加热器、稳定段压力传感器、喷管、试验舱、第一引射环管和第二引射环管依次连接，第一支路安有主流一级阀和主流二级阀，第二支路装有一级引射器一级阀和一级引射器二级阀，第三支路装有二级引射器一级阀和二级引射器二级阀。通过实时调节压力控制目标值，将风洞启动过程与风洞运行过程有效隔离，解决了风洞快速启动与快速稳定的矛盾，且有效控制了总压超调量，保证了风洞运行安全，提高了不同工况的试验效率。提高了不同工况的试验效率。提高了不同工况的试验效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高超声速风洞变目标值流场控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种高超声速风洞变目标值流场控制系统，属于高超风洞运行控制


技术介绍

[0002]高超声速风洞运行方式为下吹
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引射式，采用自由射流试验段。高超声速风洞运行马赫数不低于4，运行总压范围较宽，一般从几百千帕到几千千帕不等，运行总温最高可达上千开氏度。
[0003]高超声速风洞流场控制一般具备以下几个特点：1、运行时间短。一般不超过1分钟，要求风洞启动时间短，流场能够快速稳定；2、运行总压高。高马赫数时风洞运行总压高，但此时喷管吼道截面积小，风洞启动压力和工作压力差值较大，造成风洞快速启动和流场快速稳定的矛盾；3、滞后性大。由于加热器、高温阀等设备的存在，总压监测点距离阀门较远，容腔效应明显；4、试验工况多。风洞试验马赫数多、总压范围宽，主流与引射运行方式多种多样，启动方式与运行控制复杂；5、干扰因素复杂。常规高超声速风洞为满足宽总压范围调节，一般采用两级阀门调压，两级阀门互相影响，再加上主流与引射互相影响、风洞总温对总压控制的影响等，多重耦合因素使得流场控制难度大。
[0004]因此，亟需提出一种高超声速风洞变目标值流场控制系统及方法，以解决上述技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术研发目的是为了解决针对高超声速风洞流场控制特点，合理设定风洞主流两阀之间的压力测点和稳定段的压力测点，使两个测点位置的压力作为闭环控制目标值，通过实时调节压力控制目标值，将风洞启动过程与风洞运行过程有效隔离，解决了风洞快速启动与快速稳定的矛盾，且有效控制了总压超调量，保证了风洞运行安全，提高了不同工况的试验效率，在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。
[0006]本专利技术的技术方案：方案一、一种高超声速风洞变目标值流场控制系统，包括高压气源、加热器、稳定段压力传感器、喷管、试验舱、一级引射器压力传感器、二级引射器压力传感器、第一支路、第二支路和第三支路，高压气源通过第一支路与加热器建立连接，高压气源通过第二支路与第一引射环管建立连接，高压气源通过第三支路与第二引射环管建立连接，加热器、稳定段压力传感器、喷管、试验舱、第一引射环管和第二引射环管依次建立连接，第一支路上安
装有主流一级阀和主流二级阀，第二支路上安装有一级引射器一级阀和一级引射器二级阀，第三支路上安装有二级引射器一级阀和二级引射器二级阀，第一引射环管和第二引射环管上分别设置有一级引射器压力传感器和二级引射器压力传感器。
[0007]优选的：所述主流一级阀和主流二级阀之间的第一支路上安装有主流阀间压力传感器，一级引射器一级阀和一级引射器二级阀上安装有一级引射器阀间压力传感器，二级引射器一级阀和二级引射器二级阀上安装有二级引射器阀间压力传感器。
[0008]方案二、一种高超声速风洞变目标值流场控制方法，是基于方案一所述的一种高超声速风洞变目标值流场控制系统实现的，包括：步骤1，设置高压气源的压力值，将主流二级阀、二级引射器二级阀、一级引射器二级阀打开到预置开度；步骤2，分别根据主流一级阀、一级引射器一级阀和二级引射器一级阀各自的特性曲线得到各自的初始预置开度，根据试验工况设置风洞启动和运行过程中的总压目标值；步骤3，根据试验工况，设置风洞启动阶段PID参数和风洞运行阶段初始PID参数；步骤4，按照初始预置开度同时打开主流一级阀、一级引射器一级阀和二级引射器一级阀；步骤5，试验开始，第一引射环管和第二引射环管上的一级引射器压力传感器和二级引射器压力传感器到达设定压力值，引射器正常启动；步骤6，主流阀间压力传感器迅速上升至启动过程目标压力值，进入PID闭环控制；步骤7，当稳定段压力上升至最高点时，以稳定段压力传感器作为目标值监测点位，目标压力值随气源压力值下降而变化，最终设置目标压力值误差带上限作为压力控制目标值，并进入“前馈控制+PID闭环控制”模式；步骤8，当风洞总压进入误差带后，目标值设为风洞运行总压压力值，风洞进入平稳运行状态，进入基于机器学习的自适应PID控制模式，精调风洞运行总压；步骤9，试验结束后，同时关闭主流一级阀、一级引射器一级阀和二级引射器一级阀。
[0009]本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术的针对高超声速风洞流场控制特点，设计一种高超声速风洞变目标值流场控制方法，合理设定风洞主流两阀之间压力测点和稳定段压力测点两个测点位置的压力作为闭环控制目标值；2.本专利技术通过实时调节压力控制目标值，将风洞启动过程与风洞运行过程有效隔离，解决了风洞快速启动与快速稳定的矛盾；3.本专利技术有效控制了总压超调量，保证了风洞运行安全，提高了不同工况的试验效率。
附图说明
[0010]图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的控制原理图。
[0011]图中1
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高压气源，2
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主流一级阀，3
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主流阀间压力传感器，4
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主流二级阀，5
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加热器，6
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一级引射器一级阀，7
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二级引射器一级阀，8
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二级引射器阀间压力传感器，9
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一级引
射器阀间压力传感器，10
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二级引射器二级阀，11
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一级引射器二级阀，12
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稳定段压力传感器，13
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喷管，14
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试验舱，15
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一级引射器压力传感器，16
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二级引射器压力传感器，101
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第一支路，102
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第二支路，103
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第三支路。
具体实施方式
[0012]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本专利技术。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。
[0013]本专利技术所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。
[0014]具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种高超声速风洞变目标值流场控制系统，包括高压气源1、加热器5、稳定段压力传感器12、喷管13、试验舱14、一级引射器压力传感器15、二级引射器压力传感器16、第一支路101、第二支路102和第三支路103，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高超声速风洞变目标值流场控制系统，其特征在于：包括高压气源（1）、加热器（5）、稳定段压力传感器（12）、喷管（13）、试验舱（14）、一级引射器压力传感器（15）、二级引射器压力传感器（16）、第一支路（101）、第二支路（102）和第三支路（103），高压气源（1）通过第一支路（101）与加热器（5）建立连接，高压气源（1）通过第二支路（102）与第一引射环管建立连接，高压气源（1）通过第三支路（103）与第二引射环管建立连接，加热器（5）、稳定段压力传感器（12）、喷管（13）、试验舱（14）、第一引射环管和第二引射环管依次建立连接，第一支路（101）上安装有主流一级阀（2）和主流二级阀（4），第二支路（102）上安装有一级引射器一级阀（6）和一级引射器二级阀（11），第三支路（103）上安装有二级引射器一级阀（7）和二级引射器二级阀（10），第一引射环管和第二引射环管上分别设置有一级引射器压力传感器（15）和二级引射器压力传感器（16）。2.根据权利要求1所述的一种高超声速风洞变目标值流场控制系统，其特征在于：所述主流一级阀（2）和主流二级阀（4）之间的第一支路（101）上安装有主流阀间压力传感器（3），一级引射器一级阀（6）和一级引射器二级阀（11）上安装有一级引射器阀间压力传感器（9），二级引射器一级阀（7）和二级引射器二级阀（10）上安装有二级引射器阀间压力传感器（8）。3.一种高超声速风洞变目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，鲍树语，高亮杰，辛亚楠，钱战森，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：