大型低温风洞自动化吹风试验方法及系统与流程

本发明涉及风洞试验领域，具体讲是一种大型低温风洞自动化吹风试验方法及系统。

背景技术：

1、随着空气动力学的发展，提高试验雷诺数已经成为风洞试验设备建设的迫切需求，风洞试验的雷诺数模拟不足，将会使转捩、边界层分离、旋涡流动等流动现象发生变化，与真实飞行存在差异，进而导致飞行器气动设计和性能预测出现偏差，严重影响先进航空航天飞行器的研发。降低气流温度是提高试验雷诺数最有效的一种方式。液氮作为一种廉价安全的低温工质，汽化后可迅速吸收大量热量，大型低温风洞正是一座以液氮为冷媒的连续式闭口回流跨声速风洞，通过向洞内喷入液氮汽化实现气流温度的降低。大型低温风洞要求气流温度能够运行在110k~320k的范围，经计算，当洞内气流温度降至110k时，大型低温风洞每秒需要向洞内注入几百公斤的液氮才能平衡压缩机、洞体等热源散发至洞内的热量。除了巨大的液氮消耗外，大型低温风洞运行时的电力消耗同样惊人，仅以压缩机为例，大型低温风洞正常吹风时压缩机的功率稳定在20mw~60mw之间，其每小时耗电量少则2万度，多则6万度。面对如此巨大的能耗，如何改善运行经济性，提高风洞吹风试验效率，成为大型低温风洞建设必须要解决的问题。

技术实现思路

1、因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种大型低温风洞自动化吹风试验方法，该方法能够安全高效地实现大型低温风洞自动化吹风试验功能，降低了试验人员的操作量，减少了吹风试验时的岗位数量，也规避了人为误操作带来的安全隐患，同时显著提高了大型低温风洞的运行经济性，大大降低了试验过程中液氮、水电等各项资源消耗。

2、具体的，大型低温风洞自动化吹风试验方法，包括

3、设置吹风试验的目标任务单，所述目标任务单至少包括一条按序排列的目标试验工况，每条所述目标试验工况具有试验目标参数（所述参数至少包括总温、总压、马赫数和模型姿态角）；

4、调整风洞中的执行机构为初始状态；

5、根据所述目标任务单依次执行吹风试验；

6、将风洞当前参数调节与试验目标参数一致；

7、通过比较试验参数的当前参数与试验目标参数是否一致，判断风洞状态是否达到目标试验工况；

8、吹风试验后，对吹风试验的数据进行采集与存储；

9、有序关闭各系统，使风洞处于静默状态。

10、可选的，所述将风洞当前参数调节与试验目标参数一致的方法是：

11、通过大范围变温实现风洞当前总温与试验目标总温一致；通过大范围变压实现风洞当前总压与试验目标总压一致；控制模型支撑机构运动使实际模型姿态角与试验目标模型姿态角一致；以及对风洞总温、总压和马赫数三项流场参数进行精确闭环控制，使其稳态精度满足技术指标。

12、可选的，所述对风洞当前总温、当前总压和当前马赫数三项流场参数进行l1自适应控制方法精确闭环控制，使其稳态精度满足技术指标。

13、另一方面，本发明提供了一种大型低温风洞自动化吹风试验系统，用以保证上述方法在实际中的实现及应用，具体的，该系统包括：

14、输入模块，用于设置吹风试验的目标任务单，所述目标任务单至少包括一条按序排列的目标试验工况，每条所述目标试验工况具有试验目标参数；

15、试验准备模块，用于调整风洞中的执行机构为初始状态；

16、读取目标试验参数模块，用于根据所述目标任务单依次执行吹风试验；

17、参数调节模块，用于将风洞当前参数调节与试验目标参数一致；

18、目标工况到位判断模块，用于通过比较试验参数的当前参数与试验目标参数是否一致，判断风洞状态是否达到目标试验工况；

19、试验数据采集模块，用于吹风试验后，对吹风试验的数据进行采集与存储；以及

20、试验结束模块，用于有序关闭各系统，使风洞处于静默状态。

21、可选的，所述参数调节模块包括

22、变温单元，用于通过大范围变温实现风洞当前总温与试验目标总温一致；

23、变压单元，用于通过大范围变压实现风洞当前总压与试验目标总压一致；

24、姿态角控制单元，用于控制模型支撑机构运动使实际模型姿态角与试验目标模型姿态角一致；

25、流场参数精确控制单元，用于对风洞当前总温、当前总压和当前马赫数三项流场参数进行l1自适应控制方法精确闭环控制，使其稳态精度满足技术指标。

26、本发明具有如下优点：

27、本发明提供的大型低温风洞自动化吹风试验方法及系统解决了传统风洞吹风试验方法中需要频繁人为操作的问题，由风洞总控统一调度各分系统，实现了非干预的自动化吹风试验功能，能够安全高效地自主完成吹风试验任务。本发明降低了试验人员的操作负担，也规避了人为误操作带来的安全隐患，同时显著提高了大型低温风洞的运行经济性，降低了试验过程中液氮、水电等各项资源消耗。

28、同时本发明方法按照“一变温、二增压，三调马赫数”的顺序，通过风洞总控合理调度各分系统完成大型低温风洞吹风试验的全自动运行；对大型低温风洞复杂的吹风试验流程进行了有效逻辑串联，实现了非干预的自动化吹风试验功能。试验人员只需按照固定格式输入开车任务信息，所提方法便可安全高效地自主完成所有吹风试验任务，一方面极大地降低了试验人员的人工操作负荷，避免了人为误操作带来的问题，另一方面也显著提高了风洞运行效率，减少了风洞空转时间，大大降低了试验过程中的各项资源消耗。

技术特征：

1.一种大型低温风洞自动化吹风试验方法，其特征在于：包括

2.根据权利要求1所述大型低温风洞自动化吹风试验方法，其特征在于：所述试验目标参数和当前参数至少包括总温、总压、马赫数和模型姿态角。

3.根据权利要求2所述大型低温风洞自动化吹风试验方法，其特征在于：所述将风洞当前参数调节与试验目标参数一致的方法是：

4.根据权利要求3所述大型低温风洞自动化吹风试验方法，其特征在于：所述三项流场参数的精确闭环控制采用l1自适应控制方法。

5.根据权利要求4所述大型低温风洞自动化吹风试验方法，其特征在于：通过比较试验参数的当前参数与试验目标参数是否一致，判断风洞状态是否达到目标试验工况的具体方法是：

6.根据权利要求3所述大型低温风洞自动化吹风试验方法，其特征在于：通过大范围变温实现风洞当前总温与试验目标总温一致的具体方法是：

7.根据权利要求3所述大型低温风洞自动化吹风试验方法，其特征在于：通过大范围变压实现风洞当前总压与试验目标总压一致的具体方法是：

8.根据权利要求3所述大型低温风洞自动化吹风试验方法，其特征在于：控制模型支撑机构运动使实际模型姿态角与试验目标模型姿态角一致的具体方法是：

9.一种大型低温风洞自动化吹风试验系统，其特征在于：包括

10.根据权利要求9所述大型低温风洞自动化吹风试验系统，其特征在于：所述参数调节模块包括

技术总结
本发明公开了一种大型低温风洞自动化吹风试验方法及系统，包括设置吹风试验的目标任务单，所述目标任务单至少包括一条按序排列的目标试验工况，每条所述目标试验工况具有包含多个试验目标参数；调整风洞中的执行机构为初始状态；根据所述目标任务单依次执行吹风试验；将风洞当前参数调节至与试验目标参数一致；判断风洞状态是否达到目标试验工况；吹风试验后，对吹风试验的数据进行采集与存储；关闭各系统。本发明对大型低温风洞复杂的吹风试验流程进行有效逻辑串联，实现了非干预的自动化吹风试验功能；安全高效完成所有吹风试验任务，极大地降低试验人员的人工操作负荷，显著提高风洞运行效率，减少风洞空转时间，降低试验过程中各项资源消耗。

技术研发人员：肖厚元,曾星,罗强,王生利,陈旦,祝汝松,张文清
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心设备设计与测试技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12