一种提高风洞测压试验压力扫描数据精度的测量方法与流程

本发明涉及风洞试验测量技术，具体是涉及一种提高风洞测压试验压力扫描数据精度的测量方法。

背景技术：

风洞是一种产生可控均匀气流的管状试验装置。风洞模型表面压力分布测量试验(以下简称测压试验)，是为了测量飞行器模型表面的压力分布，了解绕模型的流动特性，为飞行器结构强度计算提供载荷数据的一种风洞试验。常规的压力分布试验方法是在模型表面上开许多测压孔，测压孔处的压力经相连的管路接到压力扫描阀，经过数据采集和模数转换获得模型表面的压力数据。

国内外风洞压力分布测量试验大多数都采用阶梯变迎角试验方式，即：试验过程中，风洞控制系统调节流场达到预设状态，并控制模型迎角依次运动到一系列预设位置，在每个预设位置处静止等待一段时间(以下简称该时间为等待延时wt)，使测压管内压力与模型表面测点的压力达到平衡，控制系统判断此时流场符合要求就会通知测压系统开始采集压力数据，否则继续调节流场直至符合要求并通知测压系统采集压力数据；测压系统接到通知后采集、保存压力数据并反馈给控制系统；控制系统接到反馈后控制迎角继续运动到下一个预设位置并采集数据，直至所有预设的迎角位置下的数据都采集完备，本次试验结束。

控制系统调节流场状态时，依据的是安装于风洞内的总压和静压传感器的信号，该信号实时性强，能够迅速反映流场的波动变化。而模型表面压力是通过细长的测压管路连接到压力扫描阀进行测量，由于管路存在传输延迟(δt)，其压力变化相对于总压和静压传感器信号存在一定的滞后。控制系统在t时刻判断流场稳定并通知扫描阀采集压力时，扫描阀采集的将是t-δt时刻的模型表面压力。

在风洞流场比较稳定时(马赫数在设定范围内小幅波动)，只要设定的等待延时wt足够长(wt>δt)，扫描阀采集到的仍是流场符合要求的压力数据，管路延迟不会对测量精度造成大的影响。但是，在风洞流场不太稳定时(马赫数波动超出设定范围)，虽然控制系统判定t时刻流场满足要求，但不能保证t-δt时刻也是满足要求的，因此，扫描阀采集到的可能是流场不符合要求的压力数据。另外，由于风洞流场波动的随机性，造成在同一试验条件下多次采集的测压试验数据重复性精度较差，难以满足型号试验的需求。这种问题在国内的暂冲式跨声速风洞中比较突出。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种提高风洞测压试验压力扫描数据精度的测量方法，用以解决风洞测压试验在流场波动较大的情况下模型表面压力测量精度差的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种提高风洞测压试验压力扫描数据精度的测量方法，包括以下步骤：

步骤一：从风洞总压和静压传感器分别引出一个通气管路，并接入扫描阀测压系统，管路内径和长度与模型测压管路一致，使其具有相同的压力传输延迟；

步骤二：风洞控制系统采集压力传感器测得的总压p0和静压pct，根据马赫数ma实时调节流场直至符合要求，同时控制模型迎角到达预设位置；

步骤三：风洞控制系统持续控制流场并保持模型静止等待一段时间wt；

步骤四：风洞控制系统计算此时的马赫数ma，如果不符合要求则继续调节流场直至符合要求；

步骤五：控制系统向扫描阀测压系统发送采集指令；

步骤六：扫描阀测压系统采集接入的总压p0s、静压pcts和所有模型测点压力psi(i＝1～n，n为模型表面测压点数)，计算马赫数mas，并将本组数据保存到缓冲区；

步骤七：扫描阀测压系统判断马赫数mas符合要求，则转到步骤八；

如果扫描阀测压系统判断马赫数mas不符合要求，扫描阀测压系统判断在当前位置重复采集和判断的次数是否超出阈值t；

如果超出阈值t，扫描阀测压系统从缓冲区的数据中选择马赫数mas最优的一组作为测压模型在当前位置的最终数据，记录下当前模型预置位置的压力测量结果mas未达标的信息，然后执行步骤九。

如果未超出阈值t，系统重新转到步骤六继续执行。

步骤八：扫描阀测压系统将采集的本组数据作为测压模型在当前位置的最终数据，并保存；

步骤九：扫描阀测压系统清空缓冲区并发送采集完毕信息给控制系统；

步骤十：控制系统接收到反馈信息后，本次试验结束。

在上述技术方案中，在步骤六中，所述缓存区是一个存储空间，所述存储空间的大小等于所述阈值t乘以每组扫描数据所需的存储空间，用于暂时保存在当前位置重复采集的所有数据组。

在上述技术方案中，所述步骤五中所述采集指令，可以是内容固定的字符串，也可以是包含当前试验状态信息，且动态生成的字符串，扫描阀测压系统可通过解析该字符串获取相应的信息。

在上述技术方案中，所述步骤九中所述反馈信息，可以是内容固定的字符串，也可以是包含采集结果信息，且动态生成的字符串，控制系统可通过解析该字符串获取相应的信息。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明所公开的提高风洞测压试验压力扫描数据精度的测量方法，通过增加风洞总压、静压信号的扫描阀测量管路，并根据扫描阀系统进行马赫数判断，大幅提高了风洞测压试验的数据质量，解决了在流场波动较大的风洞中模型表面压力难以进行高精度测量的问题。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为风洞测压试验系统连接简图；

图2为实施例的方法流程图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

根据本发明具体实施例，公开了一种提高风洞测压试验压力扫描数据精度的测量方法，该方法采用的试验系统连接简图如图1所示，测量方法包含的步骤如图2所示。

s201.风洞的总压传感器和静压传感器通常分别安装于风洞洞体的前室和驻室，与试验模型并不处于相同位置。在风洞试验中，为了实现通过扫描阀同时测量总静压数据，需要利用三通接头从传感器的压力管路中分出一路并连接到压力扫描阀测压系统。

本实施例中所述的测压管路，一般采用内径0.8mm～1.0mm的塑料软管，由于管路较细，模型表面的压力变化传输到压力扫描阀的测压口具有一定的传输延迟(δt)，为了保持扫描阀测量的总静压信号、风洞流场波动、模型表面压力等信号的同步性，可采用相同长度和内径规格的软管连接扫描阀模型测压点和总静压传感器。如果所用管路规格不同，则需要通过实验测试或理论分析计算的方式选取合适的长度或内径。

s202.风洞控制系统按照控制周期实时采集总静压传感器的测值p0和pct，并计算马赫数ma，按照试验要求不断调节流场，使ma稳定在一定范围内，同时控制模型迎角到达预设位置。

所述迎角预设位置，通常是一个模型迎角角度的序列，如“-2,0,2,4,6”，风洞控制系统先将模型运动到-2度，然后采集数据，再运动到0度，然后采集数据，依次类推，等模型在6度时的数据采集完毕，试验就结束了。

s203.在模型迎角到达预设位置后，风洞控制系统持续控制流场并保持模型静止等待一段时间wt。

所述等待时间wt为试验前设定的一个固定值，其值大于测压管路的传输延迟δt。

s204.在等待延时过后，为了确保流场仍符合要求，风洞控制系统需要再次计算此时的马赫数ma，如果不符合要求则继续调节流场直至符合要求。

s205.控制系统向扫描阀测压系统发送采集指令。指令可以是内容固定的字符串，也可以是包含当前试验状态信息，且动态生成的字符串，扫描阀测压系统可以通过解析该字符串获取相应的信息。

s206.扫描阀测压系统接收到采集指令后，采集接入的总压p0s、静压pcts和所有模型测点压力psi(i＝1～n，n为模型表面测压点数)，计算马赫数mas，并将本组数据保存到缓冲区。

所述缓存区，是指一个存储空间，其大小等于s209中所述阈值t乘以每组扫描数据所需的存储空间，用于暂时保存在当前位置重复采集的所有数据组。

s207.扫描阀测压系统判断马赫数mas是否符合要求。符合要求则说明已经获取到符合要求的压力数据，转到步骤s208；不符合要求则转到步骤s209进一步判定。

s208.扫描阀测压系统将采集的本组数据作为测压模型在当前位置的最终数据并保存，然后转步骤s211。

s209.扫描阀测压系统判断在当前模型预置位置已经重复采集的次数是否超出阈值t，如果超出则转步骤s210，如果未超出则转到步骤s206继续采集和判断。

所述阈值t，是扫描阀测压系统预置的一个整数值，该数值限制了在每一个模型迎角位置下，重复尝试采集压力数据的最大次数。当流场非常不稳定时，有可能扫描阀测压系统计算的mas一直达不到要求，导致风洞控制系统长时间地等待扫描阀测压系统的反馈，造成能源浪费，通过阈值t可以避免这种情况。

s210.本步骤表示模型在当前预置位置处已经尝试采集的次数超出了阈值t仍未获取到mas符合要求的数据，为了节省能源，扫描阀测压系统此时从缓冲区中挑选mas最优的一组数据作为当前模型预置位置的压力测量结果并保存，然后转s211。

进一步地，可以在试验日志中记录当前模型预置位置的压力测量结果mas未达标的警告信息，便于排查问题。

s211.扫描阀测压系统清空缓冲区并将采集完毕的反馈信息发送给控制系统。

所述反馈信息可以是内容固定的字符串，也可以是包含采集结果信息，且动态生成的字符串，控制系统可以通过解析该字符串获取相应的信息。

进一步地，扫描阀测压系统在清空缓冲区前，也可以将缓冲区的数据保存到文件，用于分析试验过程。

s212.控制系统接收到反馈信息后，如果还有其他的模型预设位置，则转到s202重复处理，否则，本次试验结束。

所述步骤s202和步骤s206中所述马赫数ma和mas是由总静压数据和公式(1)计算得到。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及附图中的“传感器”、“测压孔”、“测压管路”或“压力扫描阀”，其数量可以是单个或多个。控制系统向扫描阀测压系统发送采集指令和扫描阀测压系统反馈的采集完备指令，可以是固定的字符串，也可以是包含当前试验状态信息、动态生成的字符串，接收方可以通过解析该字符串获取相应的信息。此外，术语“包括”和“具有”以及其任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤的过程，不必局限于清楚地列出的那些步骤，而是可以包括没有清楚地列出的对于这些步骤所固有的其他步骤，如数据的保存步骤固然包含文件的打开和关闭步骤等。

本发明具体实施例所提供的提高风洞测压试验压力扫描数据精度的测量方法，通过增加风洞总压、静压信号的扫描阀测量管路，并根据扫描阀系统进行马赫数判断，大幅提高了风洞测压试验的数据质量，解决了在流场波动较大的风洞中模型表面压力难以进行高精度测量的问题。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。