一種測量跨聲速風洞試驗段空間流場對稱性的簡易方法與流程

本發明涉及空氣動力學領域，尤其是實驗空氣動力學領域，具體為一種測量跨聲速風洞試驗段局部空間流場對稱性的簡易方法。
背景技術：
：風洞是根據相對運動的原理，利用運動氣流使飛行器縮比試驗模型實現飛行模擬的一種人工管道狀地面設備。作為飛行器研制的基礎試驗設備，風洞流場品質是保障試驗模型獲得精準數據的核心，尤其是在飛行器氣動性能變化最為敏感的跨聲速速域內，流場品質極為重要，流場品質輕微的變化都會對試驗模型氣動數據造成明顯的改變。為此，保障跨聲速風洞流場品質穩定和校準是維護風洞的基本要求，需要對跨聲速風洞流場進行階段性測量和校準。在跨聲速風洞流場品質內，空間流場對稱性是一項重要指標，典型要求是風洞流場的對稱性要足夠優秀，越趨近于完全對稱對模型試驗數據的干擾也越小。然而，受風洞諸多客觀條件干擾，風洞空間流場很難達到到完全對稱的理想標準，解決的辦法是對空間流場對稱性進行調試和測量，獲得滿足國家軍用標準指標的流場。在模型試驗中，通過空間流場對稱性參數進行試驗數據修正，獲得逼近真值的模型氣動參數。以上過程中，對空間流場對稱性測量根據試驗目的，可區分為全面空間流場對稱性測量和局部空間流場對稱性測量，其中，包含模型區域的局部空間流場是流場測量的重點。傳統上，使用總壓十字排架對跨聲速風洞空間流場對稱性進行測量，方法是把風洞試驗段測量區域沿軸向劃分為若干等距截面，一次進行一個截面的壓力測量，然后對總壓十字排架所測截面的壓力分布數據進行處理，獲得風洞試驗段不同截面的流場對稱性參數值。該方法雖然可以通過測量區域的變化，實現試驗段沿軸向的全部區域或局部區域的空間流場對稱性測量，卻也存在測量車次較多、成本較高、狀態復雜等缺點，并且，該方法還存在不能模擬試驗模型沿俯仰方向運動狀態下對局部空間流場測量的不足，不利于對部分模型正反裝試驗數據差異的分析和處理。在此背景下，發明了一種使用錐柱體模型測量跨聲速風洞局部空間流場對稱性的簡易方法，該方法克服了使用總壓十字排架測量空間流場對稱性的缺點，能夠沿俯仰方向實現涵蓋模型區域的局部空間流場對稱性測量。技術實現要素：為了克服現有技術的上述缺點，本發明提出了一種測量跨聲速風洞試驗段空間流場對稱性的簡易方法，針對采用現有方法進行跨聲速風洞試驗段局部空間流場對稱性測量時，不能沿俯仰方向測量、試驗成本較高、狀態復雜等的問題，提供一種測量跨聲速風洞試驗段局部空間流場對稱性的簡易方法。本發明在準確、可靠的基礎上，能盡快獲得局部空間流場對稱性結果，以利于局部空間流場對稱性對試驗結果的影響分析，具有較好的應用前景。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種測量跨聲速風洞試驗段空間流場對稱性的簡易方法，包括如下步驟：第一步、在試驗段壁板上安裝風洞迎角機構，在風洞迎角機構上安裝錐柱體模型；第二步、對錐柱體模型進行空間對稱迎角校準；第三步、在試驗馬赫數下進行階梯測壓試驗，采集風洞試驗段來流總壓P0和各對稱迎角狀態下錐柱體模型各測壓面測壓點的壓力值Pi；第四步、計算各組空間對稱迎角狀態下錐柱體模型評判測壓面有效測壓點的壓力恢復系數Pi/P0和馬赫數Mi；第五步、繪制各組空間對稱迎角狀態下錐柱體模型評判測壓面有效測壓點的Pi/P0值隨錐柱體長細比X/D變化的壓力恢復系數分布曲線，以及Mi值隨錐柱體長細比X/D變化的馬赫數分布曲線；第六步、計算空間對稱迎角狀態下，錐柱體模型評判測壓面有效測壓點在不同迎角時的Pi/P0和Mi的平均值[P/P0]jav和[M]jav，然后計算差量Δ[P/P0]av和Δ[M]av，從而獲得衡量空間對稱角度內錐柱體模型測量的試驗段局部空間流場對稱性參數值。與現有技術相比，本發明的積極效果是：本發明使用錐柱體模型對局部空間流場對稱性進行測量是一種容易實現的有效方法，可以滿足模型正反裝試驗數據差異排查、試驗段局部空間流場檢測的需要。本發明的主要思路如下：利用錐柱體模型具有剛度大、測壓穩定、可承載高馬赫數試驗的特點，使用直接頭和轉接頭安裝于風洞迎角機構，進行若干組空間對稱迎角的階梯測壓試驗，通過測壓數據分析局部空間流場對稱性。在進行數據處理時，本發明對在空間對稱迎角狀態下，錐柱體模型外側(或內側)測壓面的測壓數據進行處理，換算成馬赫數和壓力恢復系數，進行差量處理，以便通過該差量評價試驗段局部空間流場對稱性質量。采用本發明能夠有效減少啟動車次的次數，降低試驗成本，便于對試驗段局部空間流場對稱性進行快速檢測和分析。附圖說明本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：圖1為跨聲速風洞試驗段局部空間流場對稱性測量方法示意圖，其中：1是試驗段壁板；2是迎角機構；3是直接頭；4是轉接頭；5是錐柱體模型。圖2為實施例1中空間對稱角度±2°狀態下錐柱體模型外側測壓面有效測壓點的壓力恢復系數分布曲線P/P0～X/D圖。圖3為實施例1中空間對稱角度±2°狀態下錐柱體模型外側測壓面有效測壓點的馬赫數分布曲線M～X/D圖。圖4為實施例1中空間對稱角度±4°狀態下錐柱體模型外側測壓面有效測壓點的壓力恢復系數分布曲線P/P0～X/D圖。圖5為實施例1中空間對稱角度±4°狀態下錐柱體模型外側測壓面有效測壓點的馬赫數分布曲線M～X/D圖。具體實施方式如圖1所示，一種測量跨聲速風洞試驗段空間流場對稱性的簡易方法，包括如下步驟：第一步、將風洞迎角機構2安裝在試驗段壁板1上，使用直接頭3和轉接頭4將外表光滑、測壓點通氣性和氣密性合格的錐柱體模型5安裝于風洞迎角機構2上，對測壓點進行連接和檢測，質量達到合格標準；所述錐柱體模型為高速風洞流場測量的通用設備。合格標準是正常讀數的測壓點計數不小于總測壓點數的98％，且不存在兩個或兩個以上相鄰測壓點測數異常。第二步、對錐柱體模型進行空間對稱迎角校準：所述迎角是評判試驗段局部空間流場對稱性的若干組空間對稱角度±α。迎角校準是使用傾斜儀測量錐柱體模型5實際迎角，再通過迎角機構2的調整把錐柱體模型的實際迎角調整到和空間對稱角度±α相等同的過程。傾斜儀也是高速風洞通用的角度測量儀器。第三步、在試驗馬赫數下進行階梯測壓試驗，采集風洞試驗段來流總壓P0和各對稱迎角狀態下錐柱體模型各測壓面測壓點的壓力值Pi；第四步、計算各組空間對稱迎角狀態下錐柱體模型評判測壓面有效測壓點的壓力恢復系數Pi/P0和馬赫數Mi；式中：Mi是指測壓點馬赫數，即根據錐柱體模型的評判測壓面上的各有效測壓點的測壓數據計算的馬赫數，Pi/P0是指各有效測壓點的壓力恢復系數，n是指測壓面有效測壓點總數；評判測壓面是在各組空間對稱迎角狀態下錐柱體模型的外側測壓面，或內側測壓面，具體對應正迎角狀態的下測壓面和負迎角狀態的上測壓面，或正迎角狀態的上測壓面和負迎角狀態的下測壓面。有效測壓點是錐柱體模型零度攻角狀態時，排除被頭錐和肩部干擾的前段測壓點后，剩余的中段和后段的全部測壓點。第五步、繪制各組空間對稱迎角狀態下錐柱體模型評判測壓面有效測壓點的Pi/P0值隨錐柱體長細比X/D變化的壓力恢復系數分布曲線P/P0～X/D，以及Mi值隨錐柱體長細比X/D變化的馬赫數分布曲線M～X/D，以便通過曲線直觀分析局部空間流場對稱性；第六步、計算空間對稱迎角狀態下，錐柱體模型評判測壓面有效測壓點在不同迎角時的Pi/P0和Mi的平均值[P/P0]jav和[M]jav，然后計算差量Δ[P/P0]av和Δ[M]av，獲得衡量空間對稱角度內錐柱體模型測量的試驗段局部空間流場對稱性參數值，以便通過該參數值定量分析空間流場對稱性質量。Δ[P/P0]av＝[P/P0]1av-[P/P0]2av(4)Δ[M]av＝[M]1av-[M]2av(5)所述公式(2)中，[P/P0]jav是指空間對稱迎角下評判測壓面有效測壓點的壓力恢復系數平均值，j代表迎角不同狀態，賦值1代表正迎角，賦值2代表負迎角；所述公式(3)中，[M]jav是指空間對稱迎角下評判測壓面有效測壓點的馬赫數平均值，j意義和賦值同公式(2)；所述公式(4)中，Δ[P/P0]av是指空間對稱迎角狀態下，評判測壓面有效測壓點的壓力恢復系數平均值差量；所述公式(5)中，Δ[M]av是指空間對稱迎角狀態下，評判測壓面有效測壓點的馬赫數平均值差量。實施例1：本發明使用錐柱體模型，在跨聲速風洞試驗段局部空間流場不同對稱角度狀態下進行壓力測量，分別獲得各空間對稱角度狀態下，錐柱體模型外側(或內側)測壓面的有效測壓點的壓力分布數據，繪制壓力恢復系數分布P/P0～X/D曲線圖和馬赫數分布M～X/D曲線圖，利用公式計算，獲得衡量局部空間流場對稱性的參數Δ[Pi/P0]av和Δ[M]av數據。具體通過如下的數據處理方法來實現。以2.4米跨聲速風洞錐柱體模型階梯測壓試驗為例，試驗馬赫數0.7，試驗迎角為0°和空間對稱迎角±2°、±4°，通過錐柱體模型外側測壓面測壓數據獲得空間對稱角度內局部空間流場對稱性結果。錐柱體模型獲得測壓數據后，繪制壓力恢復系數分布P/P0～X/D曲線和馬赫數分布M～X/D曲線如圖2至圖5所示，利用公式(1)至公式(5)進行數據處理。由于空間各對稱角度狀態下錐柱體模型測壓點試驗數據處理方法具有相似性，以空間對稱迎角±2°狀態的錐柱體模型外側測壓面測壓點試驗數據為例進行詳細說明。利用公式(1)獲得錐柱體模型測壓面測壓點在各迎角狀態下的壓力恢復系數Pi/P0和馬赫數Mi。根據0°迎角狀態下已獲錐柱體模型測壓數據和無干擾試驗數據對比，評判錐柱體模型測壓面在X/D≥4以后的測壓點為有效測壓點。根據已獲數據Pi/P0和Mi繪制錐柱體模型外側測壓面的壓力恢復系數分布P/P0～X/D曲線圖和馬赫數分布M～X/D曲線圖，如圖2和圖3所示。利用公式(2)計算錐柱體模型外側測壓面有效測壓點在+2°時壓力恢復系數平均值[P/P0]1av，同時計算-2°時壓力恢復系數平均值[P/P0]2av。利用公式(3)計算錐柱體模型外側測壓面有效測壓點在+2°時馬赫數平均值[M]1av，同時計算-2°時馬赫數平均值[M]2av。利用公式(4)計算錐柱體模型外側測壓面有效測壓點在±2°空間對稱迎角狀態下平均壓力恢復系數差量Δ[P/P0]av。利用公式(5)計算錐柱體模型外側測壓面有效測壓點在±2°空間對稱迎角狀態下平均馬赫數差量Δ[M]av。實施例1對局部空間流場對稱性測量的計算結果見下表1所示。表1計算結果α/°Δ[P/P0]avΔ[M]av±2°0.00022-0.00035±4°-0.000600.00092相對于現有技術，本發明沿俯仰方向實現了涵蓋模型區域的局部空間流場對稱性測量，試驗中能夠有效減少啟動車次的次數，降低試驗成本，便于對試驗段局部空間流場對稱性進行快速檢測和分析。當前第1頁1 2 3