CN105353650A - 建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法，包括：采集在吹风实验的中的多个原始数据组，每个原值数据组包括马赫数、气源压力和调压阀的开度值；拟合多个原始数据组，得到拟合结果为；对拟合结果进行误差分析，若误差在预设定误差范围内，则为调压阀预置开度模型；若误差超出预设定误差范围内，则提高公式(1)中马赫数和气源压力的阶次，直至模型的误差在预设定误差范围内。本发明克服现有技术只给调压阀预置一个小的开度或者设置一个理论计算值，然后进行流场调节的盲目性和不安全性以及高耗能等问题，通过本模型，每次试验均可直接得出准确的预置开度。

Description

建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法

技术领域

本发明涉及建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法。

背景技术

暂冲式风洞通过控制调压阀来控制流场，气源压力和调压阀的开度决定了通过风洞的气流，当流场稳定之后，调压阀的开度也将基本不变。每次吹风试验开始前，由于试验条件的不同，传统技术没有办法计算出精确的预置开度。有的是通过理论计算给出一个理论值，这种理论计算得出的值往往偏差较大，导致流场建立时需要反复调节阀门经过一段时间才能达到合适的值，耗时较长。有的是把亚跨流场的预置开度直接设定为一个较小的值，这样做的不足在于吹风启动之后，阀门只开了一个很小的量，远远不能满足建立流场所需要的开度，控制程序经过调节就会很盲目，导致阀门开度的大起大落，流场建立的时间也较长，甚至有可能出现发散，直接导致吹风失败。建立稳定流场时间过长，还会浪费能源。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供了一种建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法，其克服现有技术只给调压阀预置一个小的开度或者设置一个理论计算值，然后进行流场调节的盲目性和不安全性以及高耗能等问题，通过本模型，每次试验均可直接得出准确的预置开度。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法，包括：

步骤一、在暂冲式亚跨超风洞中，采集在吹风实验的中的多个原始数据组，每个原值数据组包括马赫数、气源压力和调压阀的开度值，其中，每个原始数据组中的调压阀开度值为吹风实验处于该原始数据组中的马赫数和气源压力值时，所对应的调压阀的开度值；

步骤二、拟合多个原始数据组，得到拟合结果为公式(1)，其中，x轴为马赫数，y轴为气源压力，z轴为调压阀开度值，m为马赫数的最高阶次，n为气源压力的最高阶次，p_ij为对应项的系数为系数，i为马赫数的阶次，且i≤m，j为气源压力的阶次，且j≤n；

$z=\underset{j=0}{\overset{n}{\Σ}}\left(\underset{i=0}{\overset{m}{\Σ}}{p}_{ij}{x}^i{y}^j\right)---\left(1\right);$

步骤三、对步骤二得到的公式(1)进行误差分析，

若误差在预设定误差范围内，则公式(1)为调压阀预置开度模型；

若误差超出预设定误差范围内，则提高公式(1)中i和j的数值，重复步骤三，直至模型的误差在预设定误差范围内。

优选的是，所述的建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法中，所述步骤一中，采集的原始数据中马赫数的范围为0.3～1.2。

优选的是，所述的建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法中，所述步骤一中，采集的原始数据中气源压力范围为0～2MPa。

优选的是，所述的建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法中，所述步骤二中，

根据步骤一采集的多个原始数据组，建立三角坐标系，X轴为马赫数，Y轴为气源压力，Z轴为调压阀开度值，采用最小二乘法拟合多个原始数据组，得到拟合结果为公式(1)。

优选的是，所述的建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法中，所述步骤三中，对公式(1)的误差分析具体为：

将每个原始数据组中的马赫数和气源压力值带入到公式(1)中，求出相应的调压阀的开度值，计算通过公式(1)与阀门开度值与原始数据中的阀门开度之间的误差；

若误差在预设定误差范围内，则公式(1)为调压阀预置开度模型；

若误差超出预设定误差范围内，则提高公式(1)中i和j的数值，重复步骤三，直至模型的误差在预设定误差范围内。

优选的是，所述的建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法中，所述步骤三中，预设定容忍范围内为-5mm～5mm。

本发明至少包括以下有益效果：第一、原始数据都是从吹风数据筛选而来，所以说原始数据具有较高的准确性和非常强的针对性；第二、然后就可以利用最小二乘算法得到阀门开度和马赫数、气源压力之间的关系，并且误差范围很小，这样足以保证流场控制程序通过拟合结果计算所得阀门开度的准确性；第三、应用本发明公开的模型对调压阀设定预置开度，可以避免吹风启动之后调节调压阀开度的盲目性，缩短流场稳定时间，使风洞迅速建立所需要的流场，进而提高吹风效率，节省能源，同时本模型也可用于超音速流场。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解

附图说明

图1为本发明流程图。

图2为本发明实施中统计得到的不同马赫数不同气源压力稳定状态时对应的调压阀的开度点。

图3为本发明实施中最小二乘法拟合得到的曲面.

图4为本发明实施中误差分析结果。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本发明提供了一种建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法，包括：

步骤一、在暂冲式亚跨超风洞中，采集在吹风实验的中的多个原始数据组，每个原值数据组包括马赫数、气源压力和调压阀的开度值，其中，每个原始数据组中的调压阀开度值为吹风实验处于该原始数据组中的马赫数和气源压力值时，所对应的调压阀的开度值；

步骤二、拟合多个原始数据组，得到拟合结果为公式(1)，其中，x轴为马赫数，y轴为气源压力，z轴为调压阀开度值，m为马赫数的最高阶次，n为气源压力的最高阶次，p_ij为对应项的系数为系数，i为马赫数的阶次，且i≤m，j为气源压力的阶次，且j≤n；

$z=\underset{j=0}{\overset{n}{\Σ}}\left(\underset{i=0}{\overset{m}{\Σ}}{p}_{ij}{x}^i{y}^j\right)---\left(1\right);$

步骤三、对步骤二得到的公式(1)进行误差分析，

若误差在预设定误差范围内，则公式(1)为调压阀预置开度模型；

若误差不超出预设定误差范围，则提高公式(1)中i和j的数值，重复步骤三，直至模型的误差在预设定误差范围内。

在一个实施方式中，在步骤一中，采集的原始数据中马赫数的范围为0.3～1.2。

在一个实施方式中，在步骤一中，采集的原始数据中气源压力范围为0～2MPa。

在一个实施方式中，在步骤二中，根据步骤一采集的多个原始数据组，建立三角坐标系，X轴为马赫数，Y轴为气源压力，Z轴为调压阀开度值，采用最小二乘法拟合多个原始数据组，得到拟合结果为公式(1)。

在一个实施方式中，在步骤三中，对公式(1)的误差分析具体为：

将每个原始数据组中的马赫数和气源压力值带入到公式(1)中，求出相应的调压阀的开度值，计算通过公式(1)与阀门开度值与原始数据中的阀门开度之间的误差；

若误差在预设定误差范围内，则公式(1)为调压阀预置开度模型；

若误差超出在预设定误差范围内，则提高公式(1)中i和j的数值，重复步骤三，直至模型的误差范围在预设定容忍范围内。

在一个实施方式中，在步骤三中，预设定容忍范围内为-5mm～5mm。

为了使本领域人员清楚了解本技术方案，现以具体实例说明：

1、当暂冲式风洞的流场建立并稳定之后，调压阀的开度也将趋于稳定，并且随着吹风试验的进行，气源压力逐渐降低，通过控制系统调节控制调压阀的开度以保证试验段保持稳定的气流，吹风过程中，调压阀的开度总体上呈缓慢上升趋势，通过记录每次吹风过程中的气源压力、马赫数、阀门开度等参数，可以获得大量的风洞吹风运行数据；统计以往历年的吹风数据，把亚跨所包含的所有马赫数(范围为M0.3～1.2)的数据都统计在内，如图1所示，分别统计同一马赫数在不同气源压力条件下稳定状态对应的调压阀的开度值，并且气源压力和阀门开度取点的时刻也要一致，得到一个数据点(马赫数M，气源压力P_S，调压阀的开度l)(原始数据组)。统计原始数据组时，务必要做到以下几点：

挑选某一马赫数下比较典型的吹风数据时，要做到吹风的起始压力覆盖到大部分的气源压力的区间(气源压力的压力范围为0～2MPa，一般0.6～1.9MPa的范围内均可完成亚跨吹风试验)，得到不同气源压力下的数据；

要把亚跨所有马赫数(M0.3～1.2)的数据都要统计出来，数据越多越准确，得出的结果才越精确；

在吹风数据曲线上取点时务必保证标准一致，同一马赫数下，流场稳定的时刻，即从吹风开始到流场基本稳定所经历的时间要相同，在同一时刻，取吹风数据曲线所对应的气源压力和调压阀的开度值，作为一个原始数据组。

2、如图2所示，建立三维直角坐标系，把步骤1中统计得到的数据点画到坐标系中，X轴代表马赫数，Y轴代表气源压力，气源压力的范围为0～2Mpa，Z轴代表调压阀的开度值；

定x的最高阶次为m，y的最高阶次为n，i为马赫数的阶次，且i≤m，j为气源压力的阶次，且j≤n；开始i，j设定为2即可，采用最小二乘法进行曲面拟合，得到拟合的结果其中pⁱ _j为对应项的系数，该函数为一二维曲面，如图3所示，其中在图3中，X轴代表马赫数，Y轴代表气源压力，Z轴代表调压阀的开度值。

3、对步骤2拟合得到的结果进行误差分析，如图4所示，其中在图4中，X轴代表马赫数，Y轴代表气源压力，Z轴代表调压阀的开度值。观察并判断误差是否在能预设定误差范围(-5mm～+5mm)之内，如果误差过大(例如大于20mm)，则返回步骤2，增加x和y的阶次，再次拟合；直到误差落在预设定的误差范围(-5mm～+5mm)之内，则把当前的二维多项式作为最终的结果作为调压阀预置开度模型。

4、把步骤3所得的多项式应用到风洞流场的控制程序中，吹风试验之前，流场控制程序即可根据即将试验的马赫数和当前的气源压力计算得出本次试验调压阀的预置开度。这就是计算暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度计算的整个算法，该算法也适用于超音速流场。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法，其特征在于，包括：

步骤一、在暂冲式亚跨超风洞中，采集在吹风实验的中的多个原始数据组，每个原值数据组包括马赫数、气源压力和调压阀的开度值，其中，每个原始数据组中的调压阀开度值为吹风实验处于该原始数据组中的马赫数和气源压力值时，所对应的调压阀的开度值；

步骤二、拟合多个原始数据组，得到拟合结果为公式(1)，其中，x轴为马赫数，y轴为气源压力，z轴为调压阀开度值，m为马赫数的最高阶次，n为气源压力的最高阶次，p_ij为对应项的系数为系数，i为马赫数的阶次，且i≤m，j为气源压力的阶次，且j≤n；

$z=\underset{j=0}{\overset{n}{\Σ}}\left(\underset{i=0}{\overset{m}{\Σ}}{p}_{ij}{x}^i{y}^j\right)---\left(1\right);$

步骤三、对步骤二得到的公式(1)进行误差分析，

若误差在预设定误差范围内，则公式(1)为调压阀预置开度模型；

若误差超出预设定误差范围内，则提高公式(1)中i和j的数值，重复步骤三，直至模型的误差在预设定误差范围内。

2.如权利要求1所述的建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法，其特征在于，所述步骤一中，采集的原始数据中马赫数的范围为0.3～1.2。

3.如权利要求1所述的建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法，其特征在于，所述步骤一中，采集的原始数据中气源压力范围为0～2MPa。

4.如权利要求1所述的建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法，其特征在于，所述步骤二中，

根据步骤一采集的多个原始数据组，建立三角坐标系，X轴为马赫数，Y轴为气源压力，Z轴为调压阀开度值，采用最小二乘法拟合多个原始数据组，得到拟合结果为公式(1)。

5.如权利要求1所述的建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法，其特征在于，所述步骤三中，对公式(1)的误差分析具体为：

将每个原始数据组中的马赫数和气源压力值带入到公式(1)中，求出相应的调压阀的开度值，计算通过公式(1)与阀门开度值与原始数据中的阀门开度之间的误差；

若误差在预设定误差范围内，则公式(1)为调压阀预置开度模型；

若误差超出预设定误差范围内，则提高公式(1)中i和j的数值，重复步骤三，直至模型的误差在预设定误差范围内。

6.如权利要求1所述的建立暂冲式亚跨超风洞亚跨流场调压阀预置开度模型方法，其特征在于，所述步骤三中，预设定容忍范围内为-5mm～5mm。