暂冲式跨声速风洞马赫数控制方法、电子设备及存储介质技术

本发明专利技术提出暂冲式跨声速风洞马赫数控制方法、电子设备及存储介质，属于马赫数控制技术领域。包括以下步骤：建立调压阀喉道面积与流场总压、气源压力、试验段面积和马赫数之间的数学模型；获取风洞试验段至超扩段二喉道处的总压损失系数与马赫数之间的关系，建立栅指伸出量与试验段马赫数之间的数学模型；根据不同控制选择不同数学模型。本发明专利技术通过建立有效的数学模型来实现跨声速流场的智能调节与控制，解决现有技术中存在的在声速以上跨声速范围时，试验段马赫数的量值本质上只取决于流经试验段的流量与膨胀进入驻室并被主流引射带走的流量之比，而经引射缝被主流引射带走的流量难以估算的技术问题。量难以估算的技术问题。量难以估算的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
暂冲式跨声速风洞马赫数控制方法、电子设备及存储介质


[0001]本申请涉及马赫数控制方法，尤其涉及暂冲式跨声速风洞马赫数控制方法、电子设备及存储介质，属于马赫数控制


技术介绍

[0002]跨声速风洞流场控制的主要对象是试验段马赫数，在影响流场马赫数控制精度的因素方面，存在着如下问题：总压与马赫数控制严重耦合；由于暂冲式风洞结构主体通常为一个全长近百米的管道，控制量和被控量在实际物理位置上存在一定距离，使得各控制量或测量量之间存在时间上的滞后问题；由于暂冲式风洞通常以储气罐中的气体作为气源，但气源容积有限，风洞运行时气源压力随时间逐渐下降，导致风洞控制系统模型发生变化；风洞试验时，模型迎角变化导致堵塞度发生变化带来的扰动引起系统控制特性发生的变化；在栅指位移变化或试验段引射缝面积发生变化时带来的气流压力变化影响马赫数控制精度等问题。从原理上讲，栅指仅在声速以下对马赫数有较好的控制效果，因为此时马赫数是试验段截面积与二喉道面积之比的函数。在声速以上跨声速范围时，试验段马赫数的量值本质上只取决于流经试验段的流量与膨胀进入驻室并被主流引射带走的流量之比，而经引射缝被主流引射带走的流量难以估算。

技术实现思路

[0003]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。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0004]鉴于此，为解决现有技术中存在的在声速以上跨声速范围时，试验段马赫数的量值本质上只取决于流经试验段的流量与膨胀进入驻室并被主流引射带走的流量之比，而经引射缝被主流引射带走的流量难以估算的技术问题，本专利技术提供一种暂冲式跨声速风洞马赫数控制方法、电子设备及存储介质。针对上述问题，为从根本上进一步提升跨声速流场马赫数的控制精度，须从跨声速流场气流流动理论出发，通过建立有效的数学模型来实现跨声速流场的智能调节与控制，解决跨声速风洞马赫数控制精度不高的问题。
[0005]方案一、一种暂冲式跨声速风洞马赫数控制方法，包括以下步骤：建立调压阀喉道面积与流场总压、气源压力、试验段面积和马赫数之间的数学模型；获取风洞试验段至超扩段二喉道处的总压损失系数与马赫数之间的关系，建立栅指伸出量与试验段马赫数之间的数学模型；根据不同控制选择不同数学模型。
[0006]优选的，建立调压阀喉道面积与流场总压、气源压力、试验段面积和马赫数之间的数学模型的方法是：
根据气体流量守恒、状态方程、流场信息、风洞相关结构参数及压缩机性能参数，引入气源压力、调压阀喉道面积以及试验段面积参数，建立调压阀喉道面积与流场总压、气源压力、试验段面积以及马赫数之间的数学模型。
[0007]优选的，对于风洞，调压阀喉道面积表示为调压阀位移的函数。
[0008]优选的，获取风洞试验段至超扩段二喉道处的总压损失系数与马赫数之间的关系，建立栅指伸出量与试验段马赫数之间的数学模型的方法是：在风洞超扩段二喉道处布置总、静压测量装置，测量总压，计算马赫数；建立当马赫数＜1.0时，栅指伸出量与试验段马赫数之间的第一数学模型；建立当1.0≤马赫数≤1.2时，栅指伸出量与试验段马赫数之间的第二数学模型。
[0009]优选的，根据不同控制选择不同数学模型的方法是：风洞总压的控制与栅指二喉道马赫数的控制为两个独立闭环控制，风洞总压的控制采用调压阀喉道面积与流场总压、气源压力、试验段面积和马赫数之间的数学模型；栅指二喉道马赫数的控制在马赫数＜1.0时，采用栅指伸出量与试验段马赫数之间的第一数学模型；栅指二喉道马赫数的控制在1.0≤M≤1.2时，采用栅指伸出量与试验段马赫数之间的第二数学模型。
[0010]优选的，调压阀喉道面积与流场总压、气源压力、试验段面积和马赫数之间的数学模型为：依据流经调压阀和试验段的流量守恒有：；其中：为质量流量，为调压阀处的速度系数；用于控制风洞流场的调压阀的，则：；其中：为调压阀喉道面积；为风洞总压；为试验段面积；为气源压力；气源压力有如下关系：；其中：m为气源气体质量；V为气源体积；R为大气气体常数，R=287.05J/kgK；为气体总温；气源气体质量m依据气源气体初始质量、压缩机输入气体质量以及试验耗费的气体质量，有：
‑
；其中：为单台压缩机质量效率，，N为压缩机数量，，C为常数，为试验段速度系数，为单台压缩机体积效率，其单位为；
△
t为控
制周期；为气源初始压力，有：；其中：。
[0011]优选的，当马赫数＜1.0时，栅指伸出量与试验段马赫数之间的第一数学模型为：依据流经试验段与超扩段二喉道的流量守恒有：；其中，为超扩段二喉道总压，为超扩段二喉道面积，为超扩段二喉道速度系数；则：；即：；其中：S为栅指伸出量，W为栅指宽度；根据风洞的与马赫数M之间的关系可获取；为超扩段二喉道初始面积。
[0012]优选的，当1.0≤马赫数≤1.2时，栅指伸出量与试验段马赫数之间的第二数学模型为：依据流经试验段与经膨胀进入驻室并被主流引射带走的流量之和与超扩段二喉道的流量守恒有：；其中，为驻室引射缝总压，为驻室引射缝速度系数；即：；其中，为驻室引射缝面积，为驻室引射缝马赫数；依据引射器方程，引入理论引射系数，根据名义马赫数求取；则简化为： ；即：
；其中：K为理论引射系数；为超扩段二喉道处的实际马赫数。
[0013]方案二、一种电子设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，所述的处理器执行所述计算机程序时实现方案一所述的一种暂冲式跨声速风洞马赫数控制方法的步骤。
[0014]方案三、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现方案一所述的一种暂冲式跨声速风洞马赫数控制方法。
[0015]本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术建立了整个流场中与被控参数相关联参数之间的数学模型，改变了传统的PID流场被动反馈控制方式，实现了可量化的数学模型与PID相结合的流场智能调节与控制。
[0016]2、本专利技术依据气体状态方程、流量守恒、流场信息、风洞相关结构参数及压缩机性能等参数，引入气源压力、调压阀喉道面积以及试验段面积等参数，建立了调压阀喉道面积与流场总压、气源压力、试验段面积以及马赫数之间的数学模型，提高了总压控制精度。
[0017]3、本专利技术精确计及了风洞试验段至超扩段二喉道处的总压损失，使根据一维管流方程建立的栅指伸长量与马赫数之间的数学描述更为准确，提高了栅指PID控制算法的精准度。
[0018]4、本专利技术依据引射器方程引入了引射系数，在简化数学模型的同时又计及了气流膨胀进入驻室并被主流引射带走的流量，在M≥1.0的跨声速范围建立了与被测参数相关联的数学模型，进一步提高了该马赫数范围的流场控制精度。
附图说明
[0019]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.暂冲式跨声速风洞马赫数控制方法，其特征在于，包括以下步骤：建立调压阀喉道面积与流场总压、气源压力、试验段面积和马赫数之间的数学模型；获取风洞试验段至超扩段二喉道处的总压损失系数与马赫数之间的关系，建立栅指伸出量与试验段马赫数之间的数学模型；根据不同控制选择不同数学模型。2.根据权利要求1所述暂冲式跨声速风洞马赫数控制方法，其特征在于，建立调压阀喉道面积与流场总压、气源压力、试验段面积和马赫数之间的数学模型的方法是：根据气体流量守恒、状态方程、流场信息、风洞相关结构参数及压缩机性能参数，引入气源压力、调压阀喉道面积以及试验段面积参数，建立调压阀喉道面积与流场总压、气源压力、试验段面积以及马赫数之间的数学模型。3.根据权利要求2所述暂冲式跨声速风洞马赫数控制方法，其特征在于，对于风洞，调压阀喉道面积表示为调压阀位移的函数。4.根据权利要求3所述暂冲式跨声速风洞马赫数控制方法，其特征在于，获取风洞试验段至超扩段二喉道处的总压损失系数与马赫数之间的关系，建立栅指伸出量与试验段马赫数之间的数学模型的方法是：在风洞超扩段二喉道处布置总、静压测量装置，测量总压，计算马赫数；建立当马赫数＜1.0时，栅指伸出量与试验段马赫数之间的第一数学模型；建立当1.0≤马赫数≤1.2时，栅指伸出量与试验段马赫数之间的第二数学模型。5.根据权利要求4所述暂冲式跨声速风洞马赫数控制方法，其特征在于，根据不同控制选择不同数学模型的方法是：风洞总压的控制与栅指二喉道马赫数的控制为两个独立闭环控制，风洞总压的控制采用调压阀喉道面积与流场总压、气源压力、试验段面积和马赫数之间的数学模型；栅指二喉道马赫数的控制在马赫数＜1.0时，采用栅指伸出量与试验段马赫数之间的第一数学模型；栅指二喉道马赫数的控制在1.0≤M≤1.2时，采用栅指伸出量与试验段马赫数之间的第二数学模型。6.根据权利要求5所述暂冲式跨声速风洞马赫数控制方法，其特征在于，调压阀喉道面积与流场总压、气源压力、试验段面积和马赫数之间的数学模型为：依据流经调压阀和试验段的流量守恒有：；其中：为质量流量，为调压...

【专利技术属性】
技术研发人员：王争取，张军强，李玲，孙牧原，易家宁，
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：