一種暫沖式超聲速風(fēng)洞正激波位置測(cè)量及判斷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空航天風(fēng)洞試驗(yàn)領(lǐng)域，尤其涉及一種暫沖式超聲速風(fēng)洞正激波位置測(cè)量及判斷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]暫沖式超聲速風(fēng)洞運(yùn)行時(shí)，必然有一道正激波通過風(fēng)洞試驗(yàn)段模型區(qū)，并穩(wěn)定在試驗(yàn)段下游。當(dāng)正激波掃過風(fēng)洞試驗(yàn)段中的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁r(shí)，試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜁?huì)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)危及風(fēng)洞試驗(yàn)安全。因此超聲速風(fēng)洞運(yùn)行時(shí)，必須首先控制正激波快速通過風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥^(qū)，使正激波掃過試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臅r(shí)間盡量短暫；其次在模型迎角變化，阻塞度增大時(shí)，保證正激波不會(huì)返回風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥^(qū)。
[0003]正激波通過風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥^(qū)的速度及穩(wěn)定在模型區(qū)下游的位置與風(fēng)洞總壓、模型堵塞度等參數(shù)密切相關(guān)。當(dāng)總壓偏低或者模型堵塞度較大時(shí)，正激波可能較長時(shí)間停留在試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛥^(qū)，容易造成模型天平發(fā)散振動(dòng)，風(fēng)洞、模型、天平等嚴(yán)重?fù)p壞的后果；而當(dāng)總壓偏高時(shí)，風(fēng)洞洞體和試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷瘸休d的載荷和振動(dòng)增加，設(shè)備故障率升高、能耗增大，運(yùn)行成本增加。通過對(duì)超聲速風(fēng)洞正激波位置的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，即可以準(zhǔn)確給定超聲速風(fēng)洞安全、合理的開車總壓參數(shù)，又可以實(shí)時(shí)捕捉正激波回退的危急時(shí)刻，及時(shí)采取措施，保護(hù)風(fēng)洞設(shè)備安全。但是，目前超聲速風(fēng)洞正激波位置的監(jiān)測(cè)只能采用激波傳感器監(jiān)測(cè)，而激波傳感器只能監(jiān)測(cè)到正激波是否通過，無法實(shí)時(shí)給出正激波的準(zhǔn)確位置。即無法為超聲速風(fēng)洞更加經(jīng)濟(jì)、安全的運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為克服暫沖式超聲速風(fēng)洞正激波位置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手段匱乏的問題，本發(fā)明提出一種暫沖式超聲速風(fēng)洞正激波位置測(cè)量及判斷的方法，采用該方法不僅能實(shí)時(shí)測(cè)量、判斷和顯示出風(fēng)洞正激波的確切位置，同時(shí)還能實(shí)時(shí)顯示出試驗(yàn)中正激波位置隨試驗(yàn)?zāi)Ｐ妥藨B(tài)的變化情況，為準(zhǔn)確預(yù)估正激波位置變化趨勢(shì)，評(píng)定風(fēng)洞試驗(yàn)危險(xiǎn)等級(jí)，確保風(fēng)洞安全運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種暫沖式超聲速風(fēng)洞正激波位置測(cè)量及判斷的方法，包括以下步驟:
A、沿暫沖式超聲速風(fēng)洞水平軸線方向，從風(fēng)洞試驗(yàn)段入口至超聲速擴(kuò)散段出口的風(fēng)洞側(cè)壁上，均勻分布安裝若干只壓力傳感器，測(cè)量試驗(yàn)段至超聲速擴(kuò)散段沿線的側(cè)壁靜壓；
B、將所有靜壓傳感器的輸出信號(hào)按風(fēng)洞試驗(yàn)段至超聲速擴(kuò)散段的順序依次接入數(shù)據(jù)采集單元；
C、風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)，數(shù)據(jù)采集單元以50Hz?100Hz的采樣頻率采集靜壓傳感器的輸出信號(hào)，并將采集的靜壓傳感器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳給正激波位置判斷單元；
D、正激波位置判斷單元在獲取靜壓傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，立即進(jìn)行快速的運(yùn)算和判斷，得到當(dāng)前正激波位置參數(shù)，并將此正激波位置參數(shù)及時(shí)傳給風(fēng)洞運(yùn)行管理系統(tǒng)；
E、風(fēng)洞運(yùn)行管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示正激波位置、靜壓沿風(fēng)洞軸線分布曲線、正激波位置隨模型迎角變化等曲線，并通過對(duì)風(fēng)洞總壓、風(fēng)洞模型迎角、風(fēng)洞正激波位置等歷史數(shù)據(jù)和預(yù)期數(shù)據(jù)的綜合分析，給出危險(xiǎn)等級(jí)判斷及預(yù)警，當(dāng)正激波到達(dá)危險(xiǎn)臨界點(diǎn)時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)緊急保護(hù)程序，以確保風(fēng)洞及試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷陌踩?br> F、再次返回步驟C，循環(huán)往復(fù)，直到風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)束，停止采集、判斷顯示。
[0006]在上述技術(shù)方案中，所述步驟A中安裝30?60只壓力傳感器，壓力傳感器的數(shù)量與風(fēng)洞試驗(yàn)段至風(fēng)洞超聲速擴(kuò)散段的距離成正比，與正激波位置的分辨率成反比。
[0007]在上述技術(shù)方案中，所述步驟A中靜壓傳感器的測(cè)量氣路長度小于20cm，即風(fēng)洞側(cè)壁的靜壓測(cè)點(diǎn)孔到壓力傳感器感應(yīng)元件的管路長度小于20cm。
[0008]在上述技術(shù)方案中，步驟C、步驟D所述的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)即是當(dāng)前時(shí)刻數(shù)據(jù)采集單元采集的所有傳感器的數(shù)據(jù)。
[0009]在上述技術(shù)方案中，所述步驟D中的具體的運(yùn)算和判斷流程為:
步驟301，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻靜壓傳感器測(cè)量得的壁面靜壓Pi (i=l…n);
步驟302，計(jì)算相鄰兩點(diǎn)壁面靜壓差值A(chǔ)Pi=P1-P1-l ;
步驟303，定義并初始化下列變量:
相鄰壁面靜壓差大于閾值時(shí)的靜壓差的和Suml、Sum2，其中，Suml是當(dāng)前計(jì)算處理的靜壓上升的高度，Sum2是先前最大的靜壓上升的高度，Suml, Sum2的初始值均為0 ;
三個(gè)正激波位置變量，“正激波位置”、“正激波位置一”和“正激波位置二”，其中“正激波位置”是最終得到的正激波位置，“正激波位置一”是當(dāng)前處理計(jì)算的假想的正激波位置，“正激波位置二”是先前處理計(jì)算中甄選出來的正激波位置，三個(gè)正激波位置變量的初始值均為1 ;
壁面靜壓點(diǎn)的序號(hào)標(biāo)識(shí)符i，其初始值i=2 ;
靜壓連續(xù)上升的區(qū)間數(shù)j，其初始值j=0。
[0010]步驟304，判斷APi是否大于等于閾值，若是，則執(zhí)行步驟306 ;否則，則執(zhí)行步驟305 ；
步驟305，判斷Suml是否小于Sum2 ;若是，則執(zhí)行步驟310 ;否則，則執(zhí)行步驟307 ； 步驟306，判斷j是否等于0，若是，則執(zhí)行步驟309 ;否則，則執(zhí)行步驟308 ;
步驟307，將Suml中的值賦給Sum2，將正激波位置一中的值賦給正激波位置2，將j重置為0 ;
步驟 308，將 ΔΡ? 累加到 Suml 中，i=i+l，j=j+l ；
步驟309，正激波位置一 =1-Ι，將ΔΡ?累加到Suml中，i=i+l，j=j+l ；
步驟310，判斷i是否大于等于n，即判斷是否所有壁面靜壓均完成了運(yùn)算判斷；若是，則執(zhí)行步驟311 ;否則，則返回步驟304 ;
步驟311，判斷Suml是否大于等于Sum2 ;若是，則執(zhí)行步驟313 ;否則，則執(zhí)行步驟
312 ；
步驟312，將正激波位置二中的值賦給正激波位置變量，即此靜壓點(diǎn)的位置為該時(shí)刻的正激波位置；結(jié)束運(yùn)算判斷流程；
步驟313，將正激波位置一中的值賦給正激波位置變量，即此靜壓點(diǎn)的位置為該時(shí)刻的正激波位置；結(jié)束運(yùn)算判斷流程。
[0011]根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種暫沖式超聲速風(fēng)洞正激波位置測(cè)量及判斷的方法，其特征在于所述閾值設(shè)置為2 kPa?6kPa，閾值的大小與試驗(yàn)馬赫數(shù)和相鄰靜壓之間的距離成正比。
[0012]從上述本發(fā)明的各項(xiàng)技術(shù)特征可以看出，其優(yōu)點(diǎn)是:
通過對(duì)超聲速風(fēng)洞試驗(yàn)段入口至超聲速擴(kuò)散段出口沿線靜壓的測(cè)量和分析判斷，尋找出靜壓忽然升高并隨著型面擴(kuò)張出現(xiàn)單調(diào)增加的位置，從而準(zhǔn)確確定出正激波的位置并實(shí)時(shí)顯示，使以往超聲速風(fēng)洞試驗(yàn)過程中無法確定的正激波位置變得實(shí)時(shí)可見，為超聲速風(fēng)洞精細(xì)化控制、智能化安全保護(hù)提供了有力的數(shù)據(jù)保障。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明所述正激波位置測(cè)量及判斷系統(tǒng)構(gòu)成圖；
圖2是正激波運(yùn)算和判斷流程圖；
圖3是風(fēng)洞運(yùn)行管理系統(tǒng)綜合分析規(guī)則的一個(gè)示例；
其中附圖1中，標(biāo)記1是沿風(fēng)洞軸線均勻分布安裝的壓力傳感器，2是數(shù)據(jù)采集單元，3是正激波位置判斷單元，4是風(fēng)洞運(yùn)行管理系統(tǒng)，5是正激波位置實(shí)時(shí)顯示，6是啟動(dòng)應(yīng)急保護(hù)程序。
【具體實(shí)施方式】
[0014]如附圖1所示，本發(fā)明所