一种面向风洞脉动压力测量的二维点阵设计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种面向风洞脉动压力测量的二维点阵设计方法及装置，测量装置具有三层结构，具备以信号测量需求为导向的二维面型点阵设计方法。该装置能够实现风洞模型表面二维高空间分辨率点阵测量，同时可实现在风洞模型较高曲率表面范围的保型测量，且完成后可恢复原状，能重复使用。本发明专利技术的不干胶式安装方法，与风洞试验模型表面进行配装也较为便捷，且装置配套数据处理算法，可直接获得有关重要参数。数。数。

【技术实现步骤摘要】
一种面向风洞脉动压力测量的二维点阵设计方法及装置


[0001]本专利技术设计噪声测量领域，具体涉及一种一种面向风洞脉动压力测量的二维点阵设计方法及装置。

技术介绍

[0002]国民经济与军事领域多种类型的型号风洞试验都需要获得表面脉动压力特征。例如，脉动压力是引起飞机、高铁舱体表面结构振动从而诱发舱内噪声的重要声源。对于军用水下航行体而言，脉动压力问题更为重要。这主要是由于一方面作为直接声源影响水下航行体辐射声性能，另一方面若航行体自身配备声呐，将干扰自身声呐基阵区工作，从而限制航行体声探能力。在风洞内开展水下航行体表面脉动压力测量，目标获得的最重要参数包括测点的压力均方根、自功率谱、时间
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空间相干系数、波数
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频率谱等。这其中压力均方根与自功率谱只需要对每个测点进行独立分析，而时间
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空间相干系数与波数
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频率谱需要对多个相近测点进行共同分析，且测点数量、空间分布率要求较高。
[0003]现行的主要方法包括单点法与一维线阵列法。单点法即通过采购市面常见的单个脉动压力传感器，通过安装在模型表面从而实现在风洞内开展脉动压力测量。单点法是目前主流方法，能够实现模型表面单点信号测量，且精度较高；传感器安装位置较为灵活，需要测量不同部位脉动压力信号时可安装多个传感器。然而，由于传感器尺寸较大，一方面在表面安装多个传感器时存在间距较大且测点数量不多的问题，不易实现时间
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空间相干系数、波数
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频率谱分析；另一方面模型表面一般为曲面，传感器测量面由于形状固定无法贴合模型，造成测量点不保型，从而导致过大测量误差。
[0004]一维线阵列法是目前较为先进的一种方法。公开专利（CN109068484）和2019年《声学技术》第38卷2期《新型流激载荷测试柔性传感器阵列设计》公开了以预定数量底部入声的MEMS传感器、柔性电路板、钢片为主要组成部件。钢片表面加工一维高密度均匀排列的线型测压孔，并通过柔性电路板与同数量的MEMS传感器进行焊接。钢片光滑有孔面为测量面，另一面与柔性电路板焊接。传感器阵列通过螺钉固定在模型表面，安装时尽量与模型表面保持平整。这种测量方法较单点法有较大优势：由于测压孔小且密，可为获得相干系数、波数
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频率谱提供数据支撑；由于钢片有一定弹性，且黏连柔性电路板，可实现模型表面较低曲率范围测量面的有限度保型。
[0005]然而，当前的相关装置主要存在以下不足：一维线阵列对脉动压力进行测量是以Corcos假设为前提，即假设边界层中纵向波动和横向波动是相互独立的。然而对于结构复杂的流场来说，该假设并不成立，因此一维阵列无法满足测量需求。
[0006]现有点阵测压孔直径、间距选取一般只以MEMS传感器排列的硬件条件限制为标准，缺少针对模型脉动压力信号特点的设计方法，点阵布置密度不满足测量要求。传感器安装面由于布置MEMS传感器，表面凹凸不平，且需要螺纹孔进行固定，与模型贴合安装较为不便。钢片材质虽具有一定韧性，但针对较大曲率模型表面位置测量时，无法弯曲贴合或弯曲后无法复原，不能重复使用。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是针对现有技术无法满足单位面积内压力测量中空间分布律不够高的缺点，根据其二维型面提出一种设计方法，并根据其设计方法设计一种具有点阵结构的测量装置，使其能满足在单位面积内极大的提高测压点的数量。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种面向风洞脉动压力测量的二维点阵设计方法，对横向孔间距、纵向孔间距、孔直径、横向行数、纵向列数五个参数设计，包括以下步骤：步骤一：根据试验模型波数
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频率谱测量要求，通过表达式计算横向孔间距最优值 ， 为风速的迁移速度， 为噪声频率，n为采样倍数；步骤二：根据步骤一计算的最优值和二维面型的硬件尺寸限制，计算出纵向孔间距最优值 ；步骤三：根据获得的横向孔间距和纵向孔间距，结合模型波数
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频率谱特性测试需求计算出孔直径
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， 为测量的最高噪声频率；步骤四：据横向测量所需波数分析精度及已得到的横向孔间距最优值 ，通过 计算获得横向点阵列数m， 为流向波数分析精度；步骤五：据纵向测量所需波数分析精度及已得到的纵向孔间距最优值 ，通过 计算获得横向点阵列数n， 为展向波数分析精度；步骤六：确定五个参数后，对二维面型点阵进行钻孔加工。
[0009]在上述技术方案中，风洞工作风速和噪声频率为变量，所述横向孔间距最优值的选择区间为： 。
[0010]在上述技术方案中，纵向孔间距最优值的最小值至少为横向孔间距最优值的最小值的两倍，纵向孔间距最优值的最大值不能大于最大波数的上限。
[0011]在上述技术方案中，所述纵向孔间距最优值的选择区间为：
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。
[0012]在上述技术方案中，所述孔直径至少为波长的1/10，所述孔直径的选择区间为：
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。
[0013]上述表达式中，风洞工作风速 ，噪声频率 。
[0014]在上述设计方法的基础上设计一种面向风洞脉动压力测量的二维点阵装置，从上至下依次包括连接为一体结构的顶板、集成电路板和底板，所述底板的外表面设置有粘贴
层；集成电路板包括顶层FPC电路板、底层FPC电路板以及顶层FPC电路板与底层FPC电路板之间的柔性填充层，所述顶层FPC电路板与顶板固定连接，所述底层FPC电路板与底板固定连接，所述底层FPC电路板上设置有伸出到顶板与顶板外的柔性排线；柔性填充层内设置有若干组电器单元，每组电器单元包括有连接到顶层FPC电路板的若干个压力传感器和一个连接器，每个压力传感器的测压孔与顶层FPC电路板、顶板上的导压孔同轴对齐，连接器的另一端连接到底层FPC电路板上与柔性排线连接。
[0015]在上述技术方案中，顶板上的导压孔呈矩阵分布。
[0016]在上述技术方案中，所述顶板与底板均为记忆金属蒙皮，所述金属蒙皮能够在弯曲后恢复初始形态。
[0017]在上述技术方案中，所述顶板上设置有与传感器数量相等的导压孔，所述底板为无孔的光滑平板。
[0018]在上述技术方案中，底板外表面的粘贴层为金属不干胶，所述金属不干胶完全覆盖底板的外表面。
[0019]综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术的设计方法能够完成具备以信号测量需求为导向的二维面型点阵设计，测量装置能够实现风洞模型表面二维高空间分辨率点阵测量；可实现在风洞模型较高曲率表面范围的保型测量，且完成后可恢复原状，能重复使用；不干胶式安装方法，与风洞试验模型表面进行配装较为便捷。
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是测量装置的分解结构示意图；图2是图1的侧面剖视示意图；图3是图1中集成电路板顶层的结构示意图；图4是图1中集成电路板底层的结构示意图；图5是图1中顶板的结构示意图；图6是本实施的相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向风洞脉动压力测量的二维点阵设计方法，其特征在于对横向孔间距、纵向孔间距、孔直径、横向行数、纵向列数五个参数设计，包括以下步骤：步骤一：根据试验模型波数
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频率谱测量要求，通过表达式计算横向孔间距最优值，为风速的迁移速度，为噪声频率，n为采样倍数；步骤二：根据步骤一计算的最优值和二维面型的硬件尺寸限制，计算出纵向孔间距最优值；步骤三：根据获得的横向孔间距和纵向孔间距，结合模型波数
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频率谱特性测试需求计算出孔直径，为测量的最高噪声频率；步骤四：据横向测量所需波数分析精度及已得到的横向孔间距最优值，通过计算获得横向点阵列数m，为流向波数分析精度；步骤五：据纵向测量所需波数分析精度及已得到的纵向孔间距最优值，通过计算获得横向点阵列数n，为展向波数分析精度；步骤六：确定五个参数后，对二维面型点阵进行钻孔加工。2.根据权利要求1所述的一种面向风洞脉动压力测量的二维点阵设计方法，其特征在于：风洞工作风速和噪声频率为变量，所述横向孔间距最优值的选择区间为：其中：风洞工作风速，噪声频率。3.根据权利要求1所述的一种面向风洞脉动压力测量的二维点阵设计方法，其特征在于：纵向孔间距最优值的最小值至少为横向孔间距最优值的最小值的两倍，纵向孔间距最优值的最大值不能大于最大波数的上限。4.根据权利要求2或3所述的一种面向风洞脉动压力测量的二维点阵设计方法，其特征在于：所述纵向孔间距最优值的选择区间为：
其中：风洞工作风速，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵鲲，杨玫，章荣平，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：