CN109765026A - 一种低速动态试验洞壁干扰修正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低速动态试验洞壁干扰修正方法，包括风洞和动态试验模型，所述动态试验模型分别安装有试验模型转轴，所述动态试验模型上端、下端均安装有轴承，所述风洞上端、下端分别有风洞上壁面、风洞下壁面，所述风洞两侧分别有风洞左壁面、风洞右壁面。本发明在轴承与风洞上壁面和风洞下壁面的连接处均通过密封处理，这样在使用时可以有效的防止漏气的情况出现。

Description

一种低速动态试验洞壁干扰修正方法

技术领域

本发明涉及风洞试验领域，具体为一种低速动态试验洞壁干扰修正方法。

背景技术

飞行器、翼型模型低速静态气动性能试验数据的风洞洞壁干扰，有一种试验修正法：使用同一风洞试验模型在大小不同尺寸的风洞中进行试验，通常要求该模型在大风洞中阻塞度不大于0.1％，即认为大风洞中的试验数据是无洞壁干扰的数据，由大、小风洞试验数据的对比推算出该模型在小风洞中试验的洞壁干扰因子，可用此因子进行小风洞试验的洞壁干扰修正：另外一种方法，用一组大、小不同的几何相似模型在同一风洞中进行相同马赫数和雷诺数的试验，将试验空气动力数据按模型大小进行外插，得到模型几何尺寸为零的空气动力数据，即无洞壁干扰数据，前一种方法要有足够尺寸的风洞得到近似于无洞壁干扰的数据，后一种方法的缺点主要是模型加工量、试验工作量增加数倍，各模型难以保证严格的几何相似，不易做到雷诺数相似等；

传统的一种低速试验洞壁干扰修正方法存在如下不足：

在进行模型动态风洞试验时，由于试验模型和风洞壁之间的相互影响是非定常的，与时间有关，且增加了模型运动频率、幅度的影响，洞壁干扰的评估与修正变得异常困难，尽管国内外均进行了相关的研究，但到目前为止，仍然未见国内外公开文献和专利中提出风洞试验动态洞壁干扰的评估与修正的具体方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低速动态试验洞壁干扰修正方法，以解决上述由于试验模型和风洞壁之间的相互影响是非定常的，与时间有关，且增加了模型运动频率、幅度的影响，洞壁干扰的评估与修正变得异常困难的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低速动态试验洞壁干扰修正方法，包括风洞和动态试验模型，所述动态试验模型分别安装有试验模型转轴，所述动态试验模型上端、下端均安装有轴承，所述风洞上端、下端分别有风洞上壁面、风洞下壁面，所述风洞两侧分别有风洞左壁面、风洞右壁面；

步骤一：设计加工一组大小不同、几何相似的动态试验模型，特别是试验模型质心、旋转轴的相对坐标相同；

步骤二：用这一组动态试验模型进行除洞壁因素外的相似风洞试验，特别要保证动态试验模型的动态运动参数，如缩减频率、无量纲幅值、无量纲平衡位置相同；

步骤三：通过不同尺度、相似模型的试验结果，即一个相似试验组的结果，通过外插到尺度为零的数据，得到无洞壁干扰的结果，进行洞壁干扰的评估和修正，并且动态测压试验时模型前后等压力变化剧烈之处安装的动态压力传感器要适当加密。

进一步；所述求得无洞壁干扰的结果后，任何一个特征长度的模型试验的空气动力/力矩系数值减去无洞壁干扰的结果，即得相应的洞壁干扰量。

进一步；所述求得洞壁干扰量后，任何一个特征长度的模型试验的空气动力/力矩系数值减去相应的洞壁干扰量，即得无洞壁干扰的结果。

进一步；所述步骤一中试验模型质心和旋转运动的试验模型转轴的相对坐标相同。

进一步；所述步骤三中当进行风洞模型动态测压试验时，动态试验模型表面测压传感器总数不少于30个。

进一步；所述轴承与风洞上壁面和风洞下壁面的连接处均通过密封处理。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过要求设计、加工一组大、小不同的几何相似的试验模型，该组模型的结构也要尽可能相同，质心和旋转运动的转轴的相对坐标相同，如果是测压试验，其表面测压传感器数目要相同，测压传感器的相对坐标相同，定义了相似试验组的的概念：每个试验模型在相似的动态试验条件下进行试验，雷诺数Re、马赫数Ma相同，振荡频率对应的缩减频率k相同，当为俯仰振荡运动时、平均迎角、振荡幅值相同：当为沉浮、流向平动振荡时，无量纲平衡位置、无量纲振荡振幅相同，保证除去洞壁因素外，满足这些条件的试验是一组流动相似的试验，以利评估洞壁干扰；

2、本发明通过设置提出了按一个相似试验组的试验结果求取洞壁干扰的方法，以试验模型特征尺度，例如模型弦长c为自变量，模型所受空气动力/力矩的任何一个为因变量，既可以构成一个一元函数，通过函数外插求出这个空气动力/力矩量在模型特征尺度为零的值。

附图说明

图1为本发明一种低速动态试验洞壁干扰修正方法中的大小尺寸不同、几何相似模型示意图；

图2为本发明一种低速动态试验洞壁干扰修正方法中的主视图；

图3为本发明一种低速动态试验洞壁干扰修正方法中的俯视图。

图1-3中：1、动态试验模型；2、风洞；3、试验模型转轴；4、试验模型质心；5、风洞上壁面；6、风洞下壁面；7、风洞右壁面；8、风洞左壁面；9、轴承。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种低速动态试验洞壁干扰修正方法，具体实施步骤如下；

本发明要求在进行动态试验前，先加工一组大、小不同的几何相似的试验模型，该组模型的结构也要尽可能相同，试验模型质心4和旋转运动的试验模型转轴3的相对坐标相同，如果是测压试验，其表面测压传感器数目要相同，测压传感器的相对坐标相同，见图1，为了评估、修正各种模型运动状态的洞壁干扰，每个试验模型在相似的动态试验条件下进行试验，雷诺数Re、马赫数Ma相同，振荡频率对应的缩减频率k相同，当为俯仰振荡运动时、平均迎角、振荡幅值相同：当为沉浮、流向平动振荡时，无量纲平衡位置、无量纲振荡振幅相同：当为俯仰、沉降、流向振荡复合运动时，这两都应满足，除去洞壁因素外，满足这些条件的试验是一组流动相似的试验，这样一组大、小不同、几何相似模型的试验定义为一个相似试验组，其中，试验缩减频率定义为

式中，k、f、c、V分别为缩减频率、频率、与动态运动相关的模型特征长度、风洞速度，f，c，V单位分别为Hz、m、m/s，俯仰振荡运动的规律为

α＝α_m+Asin(2πf) 二

式中，α、α_m、A、f分别为试验模型振荡的角度、平均角度、俯仰振荡振幅、频率，α、α_m、A单位为°，沉降振荡运动的规律为

y＝y_m+Ysin(2πf) 三

式中，y、y_m、Y、f分别为沉降运动位置坐标、平衡位置坐标、振幅、频率，y、y_m、Y单位为m，都是垂直风洞流动的方向，可以是相互垂直的两方向中的任何一个，流向振荡运动的规律为

x＝x_m+Xsin(2πf) 四

式中，x、x_m、X、f分别为流向运动位置坐标、平衡位置坐标、振幅、频率，x、x_m、X单位为m，当为沉降振荡和流向振荡时，公式三和四中的坐标原点应处于各模型相同的无量纲位置，并位于风洞中同一位置，并且公式三和四无量纲化后的形式，即公式两边同除各模型特征长度c后相同，由于动态试验时都进行完整的几个周期的数据采集，所以公式二、三和四都没有初始相位，它不影响试验结果及洞壁干扰评估。

实施例2

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种低速动态试验洞壁干扰修正方法，具体实施步骤如下；

本发明在进行了相关状态的一组大、小不同尺寸、几何相似模型的风洞试验后，就可进行动态试验洞壁干扰的评估和修正，前面讲过，当试验雷诺数Re、马赫数Ma相同、缩减频率k相同，无量纲模型振荡参数，包括平均迎角/无量纲平衡位置、迎角振幅/无量纲位置振幅相同时，定义为一个相似试验组，以试验模型特征尺度，例如模型弦长c为自变量，模型所受升力系数C_L、阻力系数C_D、侧力系数C_C、俯仰力矩系数C_m、偏航力矩系数C_n、滚转力矩系数C_l等空气动力/力矩系数的任何一个为因变量，既可以构成一个一元函数，通过函数外插求出这个空气动力/力矩系数在模型特征尺度为零的值，由于此时模型尺度与风洞尺度相比为零，求得的空气动力/力矩系数量值是无洞壁干扰的，定义为无干扰值，任何一个特征长度的模型试验的空气动力/力矩系数洞壁干扰量，即为该模型该空气动力/力矩系数试验值减去相应的无干扰值，如果后续试验的模型尺度与上述各模型不同，也可采用对几何特征尺度插值的方法求得该尺度的洞壁干扰量，求得洞壁干扰后，任何一个特征长度的模型试验的空气动力/力矩系数值减去相应的洞壁干扰量，可得修正了洞壁干扰后的飞行器空气动力/力矩系数试验数据。

实施例3

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种低速动态试验洞壁干扰修正方法，具体实施步骤如下；

在进行动态试验前，先加工一组大、中、小尺寸几何相似的试验模型1，该组模型的结构也要尽可能相同，试验模型质心4和旋转运动的试验模型转轴3的相对坐标相同，即a1/c1＝a2/c2＝a3/a3，b1/c1＝b2/c2＝b3/a3，见图1，如果是测压试验，其表面测压传感器数目要相同，测压传感器的相对坐标相同，为了评估、修正各种模型运动状态的洞壁干扰，将每个翼型动态试验模型1安装在同一风洞2中，在相同的动态试验条件下进行试验，雷诺数Re、马赫数Ma相同，振荡频率对应的缩减频率k相同，风洞有四个洞壁，分别为风洞上壁面5、风洞下壁面6、风洞右壁面7、风洞左壁面8，当为俯仰振荡运动时、平均迎角、振荡幅值相同，除去洞壁因素外，满足这些条件的试验是一组流动相似的试验，这样一组大、中、小尺寸、几何相似模型的试验定义为一个相似试验组，见图2，试验缩减频率k定义为

式中，k、f、c、V分别为缩减频率、频率、模型弦长、风洞速度，f，c，V单位分别为Hz、m、m/s，俯仰振荡运动的规律为

α＝α_m+Asin(2πf) (2)

式中，α、α_m、A、f分别为迎角、平均迎角、俯仰振荡振幅、频率，α、α_m、A单位为°，

实施例4

请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种低速动态试验洞壁干扰修正方法，具体实施步骤如下；

在进行了相关状态的一组大、小不同尺寸、几何相似翼型试验模型1的风洞试验后，就可进行动态试验洞壁干扰的评估和修正，前面讲过，当试验雷诺数Re、马赫数Ma相同、缩减频率k相同，无量纲模型振荡参数，包括平均迎角、迎角振幅相同时，定义为一个相似试验组，以试验模型1的一个特征尺度，例如模型弦长c为自变量，模型所受空气动力/力矩系数的任何一个，升力系数C_L、阻力系数C_D、俯仰力矩系数C_m中的一个为因变量，既可以构成一个一元函数，如C_L＝C_L(c),C_D＝C_D(c),C_m＝C_m(c)，该函数在c＝c1,c2,c3时的值已通过试验得到，通过函数外插求出这个空气动力/力矩系数在模型特征尺度c＝0的值，如C_L＝C_L(0),C_D＝C_D(0),C_m＝C_m(0)，由于此时模型尺度与风洞尺度相比为零，求得的空气动力/力矩系数量值是无洞壁干扰的，定义为无干扰值，任何一个特征长度的试验模型1试验的空气动力/力矩系数洞壁干扰量，为该模型该空气动力/力矩系数试验值减去相应的无干扰值，ΔC_L＝C_L(c)-C_L(0),ΔC_D＝C_D(c)-C_D(0),ΔC_m＝C_m(c)-C_m(0)，如果后续试验的模型尺度与上述各模型不同，也可采用对几何特征尺度插值的方法求得该尺度的洞壁干扰量，求得洞壁干扰后，任何一个特征长度的翼型动态试验模型1、或相近模型后续试验的空气动力/力矩系数值减去相应的洞壁干扰量，可得修正了洞壁干扰后的试验数据。

所述步骤二中求得洞壁干扰后，任何一个特征长度的模型试验的空气动力/力矩系数值减去相应的洞壁干扰量，得到无洞壁干扰的空气动力/力矩系数。

所述步骤一中试验模型质心4和旋转运动的试验模型转轴3的相对坐标相同，以保证洞壁干扰评估和修正的准确性。

所述步骤三中当进行风洞2模型动态测压试验时，翼型动态试验模型1表面测压传感器总数不少于30个，以保证求取空气动力/力矩结果的准确性。

所述轴承9与风洞上壁面5和风洞下壁面6的连接处均通过密封处理，这样便于在检测时防止出现漏气的情况出现。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种低速动态试验洞壁干扰修正方法，包括风洞(2)和动态试验模型(1)，其特征在于：所述动态试验模型(1)分别安装有试验模型转轴(3)，所述动态试验模型(1)上端、下端均安装有轴承(9)，所述风洞(2)上端、下端分别有风洞上壁面(5)、风洞下壁面(6)，所述风洞(2)两侧分别有风洞左壁面(8)、风洞右壁面(7)。

2.根据权利要求1一种低速动态试验洞壁干扰修正方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：设计加工一组大小不同、几何相似的动态试验模型(1)，特别是试验模型质心(4)、旋转轴的相对坐标相同；

步骤二：用这一组动态试验模型(1)进行除洞壁因素外的相似风洞(2)试验，特别要保证动态试验模型(1)的动态运动参数，如缩减频率、无量纲幅值、无量纲平衡位置相同；

步骤三：通过不同尺度、相似模型的试验结果，即一个相似试验组的结果，通过外插到尺度为零的数据，得到无洞壁干扰的结果，进行洞壁干扰的评估和修正，并且动态测压试验时模型前后等压力变化剧烈之处安装的动态压力传感器要适当加密。

3.根据权利要求2所述的一种低速动态试验洞壁干扰修正方法，其特征在于：所述步骤三中求得无洞壁干扰的结果后，任何一个特征长度的模型试验的空气动力/力矩系数值减去无洞壁干扰的结果，即得相应的洞壁干扰量。

4.根据权利要求2所述的一种低速动态试验洞壁干扰修正方法，其特征在于：所述步骤三中求得洞壁干扰量后，任何一个特征长度的模型试验的空气动力/力矩系数值减去相应的洞壁干扰量，即得无洞壁干扰的结果。

5.根据权利要求2所述的一种低速动态试验洞壁干扰修正方法，其特征在于：所述步骤一中试验模型质心(4)和旋转运动的试验模型转轴(3)的相对坐标相同。

6.根据权利要求2所述的一种低速动态试验洞壁干扰修正方法，其特征在于：所述步骤三中当进行风洞(2)模型动态测压试验时，动态试验模型(1)表面测压传感器总数不少于30个。

7.根据权利要求1所述的一种低速动态试验洞壁干扰修正方法，其特征在于：所述轴承(9)与风洞上壁面(5)和风洞下壁面(6)的连接处均通过密封处理。