CN112697387A - 风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法、计算机设备及计算机可读存储介质，该方法包括：在进行风洞气动热试验的飞行器试验模型表面划定测量区域，确定划分得到的各测量区域内各个薄膜电阻温度计位置；获取风洞气动热试验后所有薄膜电阻温度计的测热试验数据；基于测热试验数据计算偏离极限和精度极限，进而计算相对不确定度值；根据每个薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值及所在测量区域的判定准则，筛选各薄膜电阻温度计的测热试验数据，剔除不满足所在测量区域的判定准则的无效数据，输出满足所在测量区域的判定准则的有效数据及相对不确定度值。本发明能够筛选有效气动热试验数据，提高气动热试验精度。

Description

风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法

技术领域

本发明涉及地面风洞测热技术领域，尤其涉及一种风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法、计算机设备及计算机可读存储介质。

背景技术

空间环境地面风洞气动热试验是研究和预测飞行器气动热环境十分重要的手段，准确的气动热试验测量结果可以为气动热的理论计算分析和防热设计提供参考依据。气动热试验数据的准确与否，对飞行器热防护设计至关重要，如果提供的测热试验数据预测过低，就可能使得参考设计的热防护系统无法承受严重的气动热环境而被烧毁，反之，就会增加热防护系统的设计余量，减少飞行器的有效载荷，降低飞行器的机动性。

实际进行风洞气动热试验过程中，并非每一个用于测热的薄膜电阻温度计都能获得准确的测量结果，有些薄膜电阻温度计性能不佳，其所测量数据甚至可能与真实结果存在较大的偏差，不能准确反映试验模型所处温度环境。因此，为提高风洞气动热试验的准确性，需要对各个薄膜电阻温度计数据进行有效性分析，剔除其中的无效数据。

发明内容

本发明的目的是针对上述至少一部分不足之处，提供一种能够筛选出有效的薄膜电阻温度计测热试验数据的方法，以便提高风洞气动热试验的准确性、可靠性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法，包括如下步骤：

S1、在进行风洞气动热试验的飞行器试验模型表面划定测量区域，确定划分得到的各测量区域内分别设置的各个薄膜电阻温度计位置；其中，划定的测量区域包括大面积区和干扰区；

S2、获取风洞气动热试验后所有所述薄膜电阻温度计的测热试验数据；

S3、基于测热试验数据计算偏离极限和精度极限，进而计算每个所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值；

S4、根据每个所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值及所在测量区域的判定准则，筛选各所述薄膜电阻温度计的测热试验数据，剔除不满足所在测量区域的判定准则的无效数据，输出满足所在测量区域的判定准则的有效数据及相对不确定度值；

其中，大面积区的判定准则包括相对不确定度值不超过第一阈值N1，干扰区的判定准则包括相对不确定度值不超过第二阈值N2；N1：N2的范围为1:1.5～1:2。

优选地，所述步骤S1中划定测量区域时，采用数值模拟方法对飞行器试验模型开展外流场和表面压力计算，得到飞行器试验模型的外流场参数以及飞行器试验模型表面的压力分布数据，通过外流场参数分析飞行器试验模型的流动特征和波系结构，进而结合压力分布数据，划定飞行器试验模型表面的大面积区和干扰区。

优选地，所述步骤S3中基于测热试验数据计算偏离极限和精度极限时，偏离极限的表达式为：

其中，q_w(t)表示所述薄膜电阻温度计测得的表面热流：

α_R表示所述薄膜电阻温度计的电阻温度系数，

表示所述薄膜电阻温度计材料的物性参数，在物性参数的标定中作为一个整体参数进行标定，R和C分别表示测热试验中模拟电路的电阻和电容，E₀和E(t)分别表示测热试验的初始电压和最终电压；

表示薄膜电阻温度计的电阻温度系数的偏离极限，B_ρkc表示薄膜电阻温度计材料的物性参数的偏离极限，B_R和B_C分别表示测热试验中模拟电路的电阻和电容的偏离极限，

和B_E(t)分别表示测热试验的初始电压和最终电压的偏离极限；

精度极限的表达式为：

其中，

表示薄膜电阻温度计的电阻温度系数的精度极限，P_ρkc表示薄膜电阻温度计材料的物性参数的精度极限，P_R和P_C分别表示测热试验中模拟电路的电阻和电容的精度极限，

和P_E(t)分别表示测热试验的初始电压和最终电压的精度极限。

优选地，所述步骤S3中，计算不确定度值时，表达式为：

进而计算相对不确定度值，表达式为：

优选地，所述第一阈值N1的取值为15％，所述第二阈值N2的取值为26％～30％。

优选地，所述第一阈值N1的取值通过大面积区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根确定，所述第二阈值N2的取值通过干扰区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根确定。

优选地，所述干扰区包括激波干扰区、舵轴/缝隙干扰区、分离/再附干扰区；

所述第一阈值N1的取值通过大面积区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根确定，所述第二阈值N2的取值通过激波干扰区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根、舵轴/缝隙干扰区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根，以及分离/再附干扰区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根三项加权确定。

优选地，设大面积区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根为RMS1，所述第一阈值N1＝min(A*RMS1*100％，15％)，A的取值范围为1.0～1.2；

设激波干扰区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根为RMSa，舵轴/缝隙干扰区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根为RMSb，分离/再附干扰区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根为RMSc，所述第二阈值N2＝min(B(w1*RMSa+w2*RMSb+w3*RMSc)*100％,30％)，w1+w2+w3＝1，B的取值范围为1.0～1.2。

本发明还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法的步骤。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法的步骤。

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法、计算机设备及计算机可读存储介质，该测量数据有效性分析方法对飞行器试验模型表面区域进行划分，分别计算各个薄膜电阻温度计的相对不确定度值，然后通过分区讨论，以适当的判定准则对各薄膜电阻温度计测热试验数据进行有效性分析，从而确定不同测量区域的有效数据，剔除影响测量结果的无效数据，能够有效地提高风洞气动热试验的精度、准确度，且节省测热试验数据分析的时间。

附图说明

图1是本发明实施例中一种风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法步骤示意图；

图2是本发明实施例中一种风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

如图1和图2所示，本发明实施例提供的一种风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法，包括如下步骤：

S1、在进行风洞气动热试验的飞行器试验模型表面划定测量区域，确定划分得到的各测量区域内分别设置的各个薄膜电阻温度计位置；其中，划定的测量区域包括大面积区和干扰区，每个薄膜电阻温度计对应一个测点；干扰区优选包括激波干扰区、舵轴/缝隙干扰区、分离/再附干扰区；

S2、获取风洞气动热试验后所有薄膜电阻温度计的测热试验数据；

S3、基于测热试验数据计算偏离极限和精度极限，进而计算每个所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值；即，每个薄膜电阻温度计测热试验数据对应一个相对不确定度值；

S4、根据每个薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值及所在测量区域的判定准则，筛选各薄膜电阻温度计的测热试验数据，剔除不满足所在测量区域的判定准则的无效数据，输出满足所在测量区域的判定准则的有效数据及相对不确定度值；

其中，大面积区的判定准则包括：(大面积区内的)每个薄膜电阻温度计的相对不确定度值不超过第一阈值N1，干扰区的判定准则包括：(干扰区内的)每个薄膜电阻温度计的相对不确定度值不超过第二阈值N2；N1：N2的范围为1:1.5～1:2。

优选地，步骤S1中，在进行风洞气动热试验的飞行器试验模型表面划定测量区域时，采用数值模拟方法对飞行器试验模型开展外流场和表面压力计算，得到飞行器试验模型的外流场参数(包括外流场压力、密度、速度和温度)以及飞行器试验模型表面的压力分布数据，通过外流场参数分析飞行器试验模型的流动特征和波系结构，进而结合压力分布数据，划定飞行器试验模型表面的大面积区和干扰区。大面积区是指表面无明显突出变化且没有激波干扰、分离再附流动等区域，大面积区的流动特征相对简单，试验数据偏差相对较小；干扰区的流动特征复杂，流场结构复杂，试验数据偏差相对较大。

优选地，步骤S3中，基于测热试验数据计算偏离极限和精度极限时，每个薄膜电阻温度计的测热试验数据的偏离极限表达式为：

其中，q_w(t)表示薄膜电阻温度计测得的表面热流，薄膜电阻温度计测热试验时，测出热流电模拟电路输出负载电阻(R/2)上两端的电位差[E₀-E(t)]，表达式为：

α_R表示薄膜电阻温度计的电阻温度系数，

表示薄膜电阻温度计材料的物性参数，在物性参数的标定中作为一个整体参数进行标定，R和C分别表示测热试验中模拟电路的电阻和电容，E₀和E(t)分别表示测热试验的初始电压和最终电压；

表示薄膜电阻温度计的电阻温度系数的偏离极限，B_ρkc表示薄膜电阻温度计材料的物性参数的偏离极限，B_R和B_C分别表示测热试验中模拟电路的电阻和电容的偏离极限，

和B_E(t)分别表示测热试验的初始电压和最终电压的偏离极限。

每个薄膜电阻温度计的测热试验数据的精度极限表达式为：

其中，

表示薄膜电阻温度计的电阻温度系数的精度极限，P_ρkc表示薄膜电阻温度计材料的物性参数的精度极限，P_R和P_C分别表示测热试验中模拟电路的电阻和电容的精度极限，

和P_E(t)分别表示测热试验的初始电压和最终电压的偏离极限。

进一步地，计算不确定度值时，表达式为：

进而计算相对不确定度值，表达式为：

考虑到大面积区流动结构相对简单，数据偏差相对较小，激波干扰区、舵轴/缝隙干扰区、分离/再附干扰区等区域流动结构复杂，数据偏差相对较大，优选地，为获得更为准确、有效的风洞气动热试验数据，第一阈值N1的取值为15％，第二阈值N2的取值为26％～30％，更优选取值30％。认为大面积区各测点试验数据相对不确定度不超过15％为数据有效，干扰区各测点试验数据相对不确定度不超过30％为数据有效，能够有针对性地筛分各测量区域内分别设置的多个薄膜电阻温度计测量结果，获得可靠的测热数据。

优选地，第一阈值N1的取值通过大面积区内的所有薄膜电阻温度计的测热试验数据的相对不确定度值的均方根确定，第二阈值N2的取值通过干扰区内的所有薄膜电阻温度计的测热试验数据的相对不确定度值的均方根确定。根据相对不确定度值的分布确定第一阈值N1、第二阈值N2的取值，能够筛选出性能更好的薄膜电阻温度计测量结果。

考虑到干扰区包括激波干扰区、舵轴/缝隙干扰区、分离/再附干扰区，优选地，第一阈值N1的取值通过大面积区内的所有薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根确定，第二阈值N2的取值通过激波干扰区内的所有薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根、舵轴/缝隙干扰区内的所有薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根，以及分离/再附干扰区内的所有薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根三项加权确定。该方式能够综合不同的干扰区(激波干扰区、舵轴/缝隙干扰区、分离/再附干扰区)各测点的相对不确定值分布结果，以构成更为准确的、可靠的判定准则。

进一步地，干扰区的判定准则还包括激波干扰区内所有薄膜电阻温度计的相对不确定度值不超过第三阈值N3，舵轴/缝隙干扰区内所有薄膜电阻温度计的相对不确定度值不超过第四阈值N4，分离再附流动干扰内所有薄膜电阻温度计的相对不确定度值不超过第五阈值N5，N3、N4、N5大于25％且小于30％。

优选地，设大面积区内的所有薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根为RMS1，第一阈值N1＝min(A*RMS1*100％，15％)，即，将A*RMS1*100％与15％中的更小者作为第一阈值N1，A的取值范围优选为1.0～1.2；

设激波干扰区内的所有薄膜电阻温度计的相对不确定度值的均方根为RMSa，舵轴/缝隙干扰区内的所有薄膜电阻温度计的相对不确定度值的均方根为RMSb，分离/再附干扰区内的所有薄膜电阻温度计的相对不确定度值的均方根为RMSc，第二阈值N2＝min(B(w1*RMSa+w2*RMSb+w3*RMSc)*100％,30％)，即，将B(w1*RMSa+w2*RMSb+w3*RMSc)*100％与30％中的更小者作为第二阈值N2，w1+w2+w3＝1，例如w1、w2、w3的取值可均为1/3，B的取值范围优选为1.0～1.2。

本发明还提供了一种地面风洞气动热试验数据有效性分析方法，包括如下步骤：

S101、在待进行风洞气动热试验的飞行器试验模型表面划分测量区域，在划分得到的各测量区域内分别设置多个薄膜电阻温度计；其中，划定的测量区域包括大面积区和干扰区；

S201、进行风洞气动热试验，记录所有所述薄膜电阻温度计的测热试验数据、电阻温度系数、物性参数、测热试验中模拟电路的电阻和电容，以及测热试验的初始电压和最终电压；

S301、基于测热试验数据计算偏离极限和精度极限，进而计算每个所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值；

S401、根据每个所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值及所在测量区域的判定准则，筛选各所述薄膜电阻温度计的测热试验数据，剔除不满足所在测量区域的判定准则的无效数据；

其中，大面积区的判定准则包括相对不确定度值不超过第一阈值N1，干扰区的判定准则包括相对不确定度值不超过第二阈值N2，N1：N2的范围为1:1.5～1:2；

S501、根据筛选出的、满足所在测量区域的判定准则的有效数据及相对不确定度值，输出飞行器试验模型风洞气动热试验结果。

特别地，在本发明一些优选的实施方式中，还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一实施方式中所述风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法的步骤。

在本发明另一些优选的实施方式中，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施方式中所述风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法实施例的流程，在此不再重复说明。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、在进行风洞气动热试验的飞行器试验模型表面划定测量区域，确定划分得到的各测量区域内分别设置的各个薄膜电阻温度计位置；其中，划定的测量区域包括大面积区和干扰区；

S2、获取风洞气动热试验后所有所述薄膜电阻温度计的测热试验数据；

S3、基于测热试验数据计算偏离极限和精度极限，进而计算每个所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值；

S4、根据每个所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值及所在测量区域的判定准则，筛选各所述薄膜电阻温度计的测热试验数据，剔除不满足所在测量区域的判定准则的无效数据，输出满足所在测量区域的判定准则的有效数据及相对不确定度值；

其中，大面积区的判定准则包括相对不确定度值不超过第一阈值N1，干扰区的判定准则包括相对不确定度值不超过第二阈值N2；N1：N2的范围为1:1.5～1:2。

2.根据权利要求1所述的风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法，其特征在于：

所述步骤S1中划定测量区域时，采用数值模拟方法对飞行器试验模型开展外流场和表面压力计算，得到飞行器试验模型的外流场参数以及飞行器试验模型表面的压力分布数据，通过外流场参数分析飞行器试验模型的流动特征和波系结构，进而结合压力分布数据，划定飞行器试验模型表面的大面积区和干扰区。

3.根据权利要求1所述的风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法，其特征在于：

所述步骤S3中基于测热试验数据计算偏离极限和精度极限时，偏离极限的表达式为：

其中，q_w(t)表示所述薄膜电阻温度计测得的表面热流：

α_R表示所述薄膜电阻温度计的电阻温度系数，

表示所述薄膜电阻温度计材料的物性参数，在物性参数的标定中作为一个整体参数进行标定，R和C分别表示测热试验中模拟电路的电阻和电容，E₀和E(t)分别表示测热试验的初始电压和最终电压；

表示薄膜电阻温度计的电阻温度系数的偏离极限，B_ρkc表示薄膜电阻温度计材料的物性参数的偏离极限，B_R和B_C分别表示测热试验中模拟电路的电阻和电容的偏离极限，

和B_E(t)分别表示测热试验的初始电压和最终电压的偏离极限；

精度极限的表达式为：

其中，

表示薄膜电阻温度计的电阻温度系数的精度极限，P_ρkc表示薄膜电阻温度计材料的物性参数的精度极限，P_R和P_C分别表示测热试验中模拟电路的电阻和电容的精度极限，

和P_E(t)分别表示测热试验的初始电压和最终电压的精度极限。

4.根据权利要求3所述的风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法，其特征在于：

所述步骤S3中，计算不确定度值时，表达式为：

进而计算相对不确定度值，表达式为：

5.根据权利要求1所述的风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法，其特征在于：

所述第一阈值N1的取值为15％，所述第二阈值N2的取值为26％～30％。

6.根据权利要求1所述的风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法，其特征在于：

所述第一阈值N1的取值通过大面积区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根确定，所述第二阈值N2的取值通过干扰区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根确定。

7.根据权利要求1所述的风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法，其特征在于：

所述干扰区包括激波干扰区、舵轴/缝隙干扰区、分离/再附干扰区；

所述第一阈值N1的取值通过大面积区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根确定，所述第二阈值N2的取值通过激波干扰区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根、舵轴/缝隙干扰区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根，以及分离/再附干扰区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根三项加权确定。

8.根据权利要求7所述的风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法，其特征在于：

设大面积区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根为RMS1，所述第一阈值N1＝min(A*RMS1*100％，15％)，A的取值范围为1.0～1.2；

设激波干扰区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根为RMSa，舵轴/缝隙干扰区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根为RMSb，分离/再附干扰区内的所有所述薄膜电阻温度计测热试验数据的相对不确定度值的均方根为RMSc，所述第二阈值N2＝min(B(w1*RMSa+w2*RMSb+w3*RMSc)*100％,30％)，w1+w2+w3＝1，B的取值范围为1.0～1.2。

9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至8中任一项所述风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任一项所述风洞气动热试验薄膜电阻温度计测量数据有效性分析方法的步骤。

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