CN106096223B - 一种五孔探针数据处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于提高五孔探针应用效率的数据处理方法，这是一种基于三元插值的五孔探针数据处理方法。假设马赫数值，将马赫数、偏角和俯仰角校准压力系数作为已知量，代入探针校准数据，采用三元插值获得偏角和俯仰角。然后，将马赫数、偏角、俯仰角作为已知量，采用三元插值分别获得总压和静压特性系数。其次，由实验测量值、总压和静压特性系数代入总压特性系数、静压特性系数公式，计算得到总压、静压和马赫数。最后，将得到的马赫数值与马赫数假设值进行差值，并迭代计算直至差值小于设定的精度值。这种新型数据处理方法不但能够快速、便捷地将五孔探针实验测得的压力数据转换为流场速度大小和方向，而且还能提高数据插值精度。

Description

一种五孔探针数据处理方法
技术领域
本发明涉及工程测量技术领域，是一种用于提高已标定五孔探针应用效率的数据处理方法。
背景技术
五孔探针对流场测量，能够同时获得流场中测点的速度大小、方向以及总压、静压，具有操作方便、易于重复测量的优点。
五孔探针的测量方法有三种：对向测量法、半对向测量法和非对向测量法。对向测量法和半对向测量法具有操作直观和数据处理量少的特点，但需要耗费时间寻找各测压孔之间的压力平衡。而非对向测量法操作简单，在实验过程中可以直接采集数据，但数据后处理的工作量较大。所以优化数据后处理方法，可以大幅提高利用五孔探针测量的效率和精度。
在实验使用五孔探针时，记录五孔的压力数据分别为：P1,P2,P3,P4,P5，并记录流场参数总压、静压：P0,Ps。定义探针的校准压力系数为：
总压特性系数：
Figure DEST_PATH_GDA0001108298580000011
静压特性系数：
Figure DEST_PATH_GDA0001108298580000012
偏角特性系数：
Figure DEST_PATH_GDA0001108298580000013
俯仰角特性系数：
Figure DEST_PATH_GDA0001108298580000014
其中，
Figure DEST_PATH_GDA0001108298580000015
五孔探针校准数据处理方法一般为将俯仰角系数和偏转角系数代入校准数据进行插值得到实际俯仰角和偏转角，目前已公开的常规数据处理方法 包括两种：一：1)将Kbeta代入校准数据，获得各马赫数下俯仰角随Kalfa变化曲线；将Kalfa代入校准数据，获得俯仰角随马赫数变化的曲线；2)同理，获得偏转角随马赫数变化曲线；3)同理，获得静压校准系数随马赫数变化曲线；4)同理，获得总压校准系数随马赫数变化曲线。假设初始马赫数，迭代求解真实马赫数、总压、静压以及角度。这种方法见于《五孔探针在涡轮导向器出口流场测量中的应用》，燃气涡轮试验与研究，2010年11月23卷4期。二：角度特性曲线中找到与仰俯角系数和侧滑角系数最接近的四个数组点Q1、Q2、Q3及Q4；计算得到仰俯角和侧滑角。这种方法见于《五孔探针角度特性曲线数据处理方法》，发明专利公开号103177192A。前一种方法中采用逐次降维的方法，数据处理过程较繁琐；第二种方法中，计算俯仰角和偏转角时仅考虑了单个马赫数下的方向特性网，使用角度特性曲线中最接近的四点计算，未考虑校准数据中不同马赫数的变化。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种基于三元插值的五孔探针数据处理方法。本发明专利中采用的方法考虑校准数据中不同马赫数下的角度特性曲线，插值时假设初始马赫数，将马赫数、俯仰角、偏折角进行三元插值，迭代求解真实马赫数和气流角。这种新型数据处理方法不但能够快速、便捷地将五孔探针实验测得的压力数据转换为流场速度大小和方向，而且还能提高数据插值精度。
为实现上述技术目的，本发明的数据处理方法通过以下技术方案实现：
(1)：设定初始马赫数初始值(任意值，如马赫数1)，将马赫数、偏角校准压力系数、俯仰角校准压力系数三个参数作为三个已知变量，偏角作为未知变量代入探针校准数据内，采用三元插值的方法获得偏角。
三元插值的方法：假设三个已知变量(马赫数、偏角校准压力系数、俯仰角校准压力系数)分别为x,y,z，未知变量(偏角)为f。
通过遍历算法在探针校准数据库找到该数据点的位置，使得x0≤x≤x1，y0≤y≤y1，z0≤z≤z1
Figure DEST_PATH_GDA0001108298580000031
其中，插值多项式中x为n次，y为m次，z为l次，这里n,m,l均为2。
同理，将马赫数、偏角校准压力系数、俯仰角校准压力系数三个参数作为三个已知变量，俯仰角作为未知变量代入探针校准数据内，采用三元插值的方法获得俯仰角。
(2)：将马赫数、偏角、俯仰角三个参数作为已知变量，总压特性系数和静压特性系数作为未知变量代入探针校准数据内，采用三元插值的方法分别获得总压特性系数和静压特性系数。
(3)：由实验测量值、总压特性系数、静压特性系数代入总压特性系数和静压特性系数计算公式，计算得到总压和静压，利用气体关系转换成马赫数。
(4)：将步骤(3)中得到的马赫数与步骤(1)中的马赫数进行差值。若差值大于设定精度值，则将步骤(1)中马赫数替换成步骤(3)中马赫数进行迭代计算；若差值小于设定精度值，则此时马赫数作为最终计算值。
上述数据处理过程的流程图图1所示。
本发明的五孔探针数据处理方式与现有技术相比较有如下有益效果：
降低了逐次降维方式中累计的数据误差，迭代插值时将气流马赫数、俯仰角、偏角综合考虑，提高了数据处理的精度。同时，本方法的过程易于理解，迭代的方法也便于采用编程的方法实现，提高了数据处理的便捷度。
附图说明
图1为本发明所述数据处理过程的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举实施例， 对本发明进一步详细说明。
以五孔探针的数据处理为实施例，详细描述数据处理的使用过程，本发明所涉及的五孔探针数据处理方法在使用时的具体实施方式包括四步：
(1)针对某一测量点处的实验数据，分别记录五孔探针的五孔压力值，并同时记录流场参数总压和静压值。利用前文背景技术中所述公式分别计算总压特性系数、静压特性系数、偏角特性系数和俯仰角特性系数。
(2)设定初始马赫数初始值为0.5，将马赫数、偏角校准压力系数、俯仰角校准压力系数作为已知参数，偏角值作为未知变量，采用三元插值获得偏角值。具体插值方法详见发明内容中所述三元插值方法。
同理，将马赫数、偏角校准压力系数、俯仰角校准压力系数作为已知参数，俯仰角值作为未知变量，采用三元插值获得俯仰角值。
(3)将马赫数、偏角、俯仰角作为已知参数，总压特性系数和静压特性系数作为未知变量，采用三元插值的方法分别获得新总压特性系数和新静压特性系数。
由实验测量值、新总压特性系数、新静压特性系数代入总压特性系数和静压特性系数计算公式，计算得到新总压和新静压，利用气体关系转换成新马赫数。
(4)将得到的新马赫数与初始马赫数进行差值，若差值大于设定精度值，则将初始马赫数替换成新马赫数值，并重复进行迭代计算；若差值小于设定精度值，则此时马赫数作为最终计算值。
以上所述仅为本发明的一种实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (1)

1.一种五孔探针数据处理方法，是用于提高已标定五孔探针应用效率的数据处理方法，其特征在于，所述数据处理方法采用三元插值方式；假设马赫数为某一初始值，将马赫数、偏角校准压力系数、俯仰角校准压力系数三个参数作为已知变量，偏角作为未知变量代入探针校准数据内，采用三元插值的方法获得偏角；将初始马赫数假设值、偏角校准压力系数、俯仰角校准压力系数三个参数作为已知变量，俯仰角作为未知变量代入探针校准数据内，采用三元插值的方法获得俯仰角。
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