CN112977877B - 电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法和装置 - Google Patents

电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法、装置和计算机可存储介质，其中方法包括：设定电弧加热设备的运行控制参数范围和试验要求的模型状态参数范围；设定电弧加热设备的初始运行控制参数，并控制电弧加热设备运行；测量低焓包罩试验中的模型状态参数；判断测量得到的低焓包罩试验中的模型状态参数是否满足试验要求的模型状态参数范围，是则控制电弧加热设备停止运行；否则判断电弧加热设备的运行时间是否超出预设值，是则控制电弧加热设备停止运行，否则根据测量得到的低焓包罩试验中的模型状态参数和试验要求的模型状态参数范围执行对应的运行控制参数调整操作。本发明可以自动调控所需的试验状态参数，提高调试试验效率。

Description

电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法和装置
技术领域
本发明适用于电弧加热设备上低焓包罩试验的试验状态调试领域，尤其涉及一种电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法、装置和计算机可读存储介质。
背景技术
电弧加热器上低焓包罩试验是飞行器地面试验的重要试验之一，用于飞行器头锥等部件的烧蚀考核。低焓包罩试验采用电弧加热器亚声速包罩试验技术对飞行器头锥等部件飞行条件进行模拟考核试验。该试验技术原理为：将试验模型定位于专门研制的包罩喷管之中，并按模拟要求在试验模型与包罩喷管之间留一设定宽度的间隙流道；电弧加热器产生的高温气流在该间隙流道内流动，并通过在试验模型尾部设置喉道环的办法将该流道流场马赫数控制在亚声速，在喉道环位置达到声速。间隙流道内的这种流场便可实现试验模型外表面边界层内流动的模拟。
现有技术中通常根据操作人员经验来手动设置电弧加热设备以获得所需的试验状态参数。由于每次设备运行、参数测量、设备停止运行后，再进行数据处理才能得到试验状态参数，再人工判断是否满足试验状态参数要求；如果状态参数不满足状态参数范围要求，再调整设备运行参数，进行下一次调试试验。通常调试一个试验状态需要设备运行6～8次，且每次设备运行间隔较长，调试试验效率较低。如果要减少调试试验的状态参数模拟误差，设备运行次数还需增加。同时调试试验的状态参数模拟精度受人员和进度的影响，模拟精度高低不一。调试试验状态设备多运行一次，会带来设备运行的水电气成本人工成本提高，再加上设备损耗，调试试验成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中存在的上述一个或多个缺陷，提供一种电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法、装置和计算机可读存储介质，可实现电弧加热设备上低焓包罩试验的试验状态自动调试。
为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法，该方法包括以下步骤：
设定电弧加热设备的运行控制参数范围和试验要求的模型状态参数范围；
设定电弧加热设备的初始运行控制参数，并控制电弧加热设备运行；
测量低焓包罩试验中的模型状态参数；
判断测量得到的低焓包罩试验中的模型状态参数是否满足试验要求的模型状态参数范围：
是则控制电弧加热设备停止运行；
否则判断电弧加热设备的运行时间是否超出预设值，是则控制电弧加热设备停止运行，否则根据测量得到的低焓包罩试验中的模型状态参数和试验要求的模型状态参数范围执行对应的运行控制参数调整操作，并再次测量模型状态参数直至满足试验要求的模型状态参数范围或者达到电弧加热设备运行时间的预设值。
在根据本发明所述的电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法中，优选地，运行控制参数包括热气流量、冷气流量和控制电流；模型状态参数包括模型的表面温度、表面压力、总气流总温和气流总压。
在根据本发明所述的电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法中，优选地，所述根据测量得到的低焓包罩试验中的模型状态参数和试验要求的模型状态参数范围执行对应的运行控制参数调整操作包括：
检测模型的表面温度大于试验要求的表面温度范围，且表面压力大于试验要求的表面压力范围，则执行第一运行控制参数调整操作；
检测模型的表面温度大于试验要求的表面温度范围，且表面压力小于试验要求的表面压力范围，则执行第二运行控制参数调整操作；
检测模型的表面温度位于试验要求的表面温度范围内，且表面压力大于试验要求的表面压力范围，则执行第三运行控制参数调整操作；
检测模型的表面温度位于试验要求的表面温度范围内，且表面压力小于试验要求的表面压力范围，则执行第四运行控制参数调整操作；
检测模型的表面温度小于试验要求的表面温度范围，且表面压力大于试验要求的表面压力范围，则执行第五运行控制参数调整操作；
检测模型的表面温度小于试验要求的表面温度范围，且表面压力小于试验要求的表面压力范围，则执行第六运行控制参数调整操作；
检测模型的表面温度大于试验要求的表面温度范围，且表面压力位于试验要求的表面压力范围内，则执行第七运行控制参数调整操作；
检测模型的表面温度小于试验要求的表面温度范围，且表面压力位于试验要求的表面压力范围内，则执行第八运行控制参数调整操作。
在根据本发明所述的电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法中，优选地，所述第一运行控制参数调整操作包括以下步骤：
检测热气流量未达到最小热气流量，控制电流未达到最小控制电流时，减小电弧加热设备的热气流量和减小电弧加热设备的控制电流；
检测热气流量达到最小热气流量，控制电流未达到最小控制电流时，减小电弧加热设备的控制电流；
检测热气流量未达到最小热气流量，控制电流达到最小控制电流时，减小电弧加热设备的热气流量；
检测热气流量达到最小热气流量，控制电流达到最小控制电流时，增加电弧加热设备的冷气流量；
检测冷气流量达到最大冷气流量，控制电弧加热设备停止运行；试验结束后提高电弧加热设备的最大冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流。
在根据本发明所述的电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法中，优选地，所述第二运行控制参数调整操作包括以下步骤：
检测热气流量和冷气流量都未达到最大时，增加热气流量和增加冷气流量；
检测热气流量达到最大热气流量、冷气流量未达到最大冷气流量时，增加冷气流量和调整控制电流；
检测热气流量未达到最大热气流量、冷气流量达到最大冷气流量时，增加热气流量和减小控制电流；
检测热气流量和冷气流量同时达到最大时，设备停止运行；试验结束后提高电弧加热设备的最大热气流量和最大冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气流量计算试验需要的冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流。
在根据本发明所述的电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法中，优选地，所述第三运行控制参数调整操作包括以下步骤：
检测热气流量和冷气流量都未达到最小时，减小热气流量和减小冷气流量；
检测热气流量达到最小热气流量、冷气流量未达到最小冷气流量时，减小冷气流量和减小控制电流；
检测热气流量未达到最小热气流量、冷气流量达到最小冷气流量时，减小热气流量和增加控制电流；
检测热气流量和冷气流量同时达到最小时，控制电弧加热设备停止运行，试验结束后减小电弧加热设备最小热气流量和最小冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气流量计算试验需要的冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流。
在根据本发明所述的电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法中，优选地，所述第四运行控制参数调整操作包括以下步骤：
检测热气流量和冷气流量都未达到最大时，增加热气流量和增加冷气流量；
检测热气流量达到最大热气流量、冷气流量未达到最大冷气流量时，增加冷气流量和增加控制电流；
检测热气流量未达到最大热气流量、冷气流量达到最大冷气流量时，增加热气流量和减小控制电流；
检测热气流量和冷气流量同时达到最大时，控制电弧加热设备停止运行，试验结束后提高电弧加热设备的最大热气流量和最大冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气流量计算试验需要的冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流。
在根据本发明所述的电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法中，优选地，所述第五运行控制参数调整操作包括以下步骤：
检测热气流量和冷气流量都未达到最小时，减小热气流量和减小冷气流量；
检测热气流量达到最小热气流量、冷气流量未达到最小冷气流量时，减小冷气流量和调整控制电流；
检测热气流量未达到最小热气流量、冷气流量达到最小冷气流量时，减小热气流量和增加控制电流；
检测热气流量和冷气流量同时达到最小时，控制电弧加热设备停止运行，试验结束后减小电弧加热设备的最小热气流量和最小冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气流量计算试验需要的冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流。
在根据本发明所述的电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法中，优选地，所述第六运行控制参数调整操作包括以下步骤：
检测热气流量未达到最大热气流量，控制电流未达到最大控制电流时，增加热气流量和增加控制电流；
检测热气流量达到最大热气流量，控制电流未达到最大控制电流时，增加控制电流；
检测热气流量未达到最大热气流量，控制电流达到最大控制电流时，增加热气流量；
检测热气流量达到最大热气流量，控制电流达到最大控制电流时，减小冷气流量；
检测冷气流量达到最小冷气流量，控制电弧加热设备停止运行，并在试验结束后减小最小冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流。
在根据本发明所述的电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法中，优选地，所述第七运行控制参数调整操作包括以下步骤：
检测控制电流未达到最小控制电流、冷气流量未达到最大冷气流量时，减小控制电流并增加冷气流量；
检测控制电流达到最小控制电流、冷气流量未达到最大冷气流量、热气流量未达到最小热气流量时，增加冷气流量和减小热气流量；
检测热气流量达到最小热气流量、冷气流量未达到最大冷气流量时，增加冷气流量；
检测冷气流量达到最大冷气流量时，减小控制电流或减小热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流。
在根据本发明所述的电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法中，优选地，所述第八运行控制参数调整操作包括以下步骤：
检测控制电流未达到最大控制电流、冷气流量未达到最小冷气流量时，增加控制电流并减小冷气流量；
检测控制电流达到最大控制电流、冷气流量未达到最小冷气流量、热气流量未达到最大热气流量时，减小冷气流量和增加热气流量；
检测热气流量达到最大热气流量、冷气流量未达到最小冷气流量时，减小冷气流量；
检测冷气流量达到最小冷气流量时，增加控制电流或增加热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流。
本发明第二方面，提供了一种电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试装置，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在存储器中的计算机程序，其特征在于，当计算机程序被处理器执行时实现如前所述的方法。
本发明第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现如前所述的方法。
实施本发明的电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法、装置和计算机可读存储介质，具有以下有益效果：本发明改进电弧加热设备上低焓包罩试验的试验状态调试方法，将人工多次的调试试验，改进为自动单次调试试验，设备自动调整运行参数，实时连续进行参数测量和数据处理，自动判断是否满足试验状态参数要求，一次试验即可调试出所需的试验状态参数，提高调试试验效率，提高调试试验模拟精度，降低调试试验成本。
附图说明
图1为根据本发明优选实施例的电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法的流程图；
图2为根据本发明优选实施例的运行控制参数调整操作的流程图；
图3为根据本发明优选实施例的第一运行控制参数调整操作的流程图；
图4为根据本发明优选实施例的第二运行控制参数调整操作的流程图；
图5为根据本发明优选实施例的第三运行控制参数调整操作的流程图；
图6为根据本发明优选实施例的第四运行控制参数调整操作的流程图；
图7为根据本发明优选实施例的第五运行控制参数调整操作的流程图；
图8为根据本发明优选实施例的第六运行控制参数调整操作的流程图；
图9为根据本发明优选实施例的第七运行控制参数调整操作的流程图；
图10为根据本发明优选实施例的第八运行控制参数调整操作的流程图。
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。
请参阅图1，为根据本发明优选实施例的电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法的流程图。如图1所示，该实施例提供的电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法包括以下步骤：
S101、流程开始；将试验的模型安装于包罩喷管之中，并按模拟要求在试验模型与包罩喷管之间留一设定宽度的间隙流道；电弧加热器产生的高温气流在该间隙流道内流动，并通过在试验模型尾部设置喉道环将该流道流场马赫数控制在亚声速，在喉道环位置达到声速。包罩喷管中试验模型的表面安装有传感器采集数据，构成包罩校测模型。
S102、设定电弧加热设备的运行控制参数范围。其中运行控制参数包括电弧加热设备的热气流量、冷气流量和控制电流。该运行控制参数还包括电弧加热设备的运行时间。因此，该步骤中可以根据电弧加热设备能力设定最大控制电流Imax、最小控制电流Imin、最大热气流量G1max、最小热气流量G1min、最大冷气流量G2max、最小冷气流量G2min、和设备最长运行时间。
S103、设定试验要求的模型状态参数范围；其中模型状态参数包括模型的表面温度T和表面压力p等。例如该模型状态参数还包括总气流总温和气流总压。
S104、设定电弧加热设备的初始运行控制参数；根据公式计算出电弧加热设备的热气流量、冷气流量和控制电流等设备运行控制参数，并结合以往类似的设备运行参数数据，确定并设定初始设备运行控制参数；如热气流量190g、冷气流量1300g和控制电流800A。
S105、控制电弧加热设备运行；根据初始运行控制参数控制电弧加热设备点火运行，建立高温流场；
S106、启动参数测量；流场稳定后，利用包罩校测模型启动模型表面温度和模型表面压力测量。
S107、通过采集器采集并处理，测量得到低焓包罩试验中的模型状态参数；优选地，安装在0°和180°母线上距模型头部顶点100mm、200mm、300mm、400mm、500mm处的温度传感器、90°和270°母线上距模型头部顶点100mm、200mm、300mm、400mm、500mm压力传感器、安装在气体管道上的气体流量传感器等信号通过放大器滤波器后由数据采集器采集，实时处理得到模型的表面温度T、表面压力p、总气流总温T0、气流总压和总气流焓值H0等状态参数。
S108、判断测量得到的低焓包罩试验中的模型状态参数是否满足试验要求的模型状态参数范围：是则转步骤S111，否则转步骤S109；具体地，该步骤中在软件中对处理得到的模型的表面温度T和模型表面压力p，与设定的表面温度和表面压力的参数范围要求进行对比，来判断是否满足要求。
S109、判断电弧加热设备的运行时间是否超出预设值，是则转步骤S111，否则转步骤S110；该步骤中判断电弧加热设备的运行时间是否超出步骤S102中设置的设备最长运行时间，是则表示超出预设值。
S110、根据测量得到的低焓包罩试验中的模型状态参数和试验要求的模型状态参数范围执行对应的运行控制参数调整操作，并转步骤S106再次测量模型状态参数直至满足试验要求的模型状态参数范围或者达到电弧加热设备运行时间的预设值。即在模型状态参数不满足参数范围要求且设备运行时间未超出预设值，则实时调整热气流量、冷气流量和控制电流等设备运行控制参数，回到步骤S106，设备运行不停止，并再次实时参数测量；
S111、控制电弧加热设备停止运行；当模型的表面温度和表面压力满足状态参数范围要求，或者设备运行时间超出预设值时，电弧加热设备停止运行，结束该试验状态的调试试验；
S112、流程结束。
请参阅图2，为根据本发明优选实施例的运行控制参数调整操作的流程图。如图2所示，上述步骤S110中根据测量得到的低焓包罩试验中的模型状态参数和试验要求的模型状态参数范围执行对应的运行控制参数调整操作，可以具体包括在流程开始之后依次执行以下检测：
1)检测模型的表面温度T大于试验要求的表面温度范围，且表面压力p大于试验要求的表面压力范围，则执行第一运行控制参数调整操作，即执行子程序1；
2)检测模型的表面温度T大于试验要求的表面温度范围，且表面压力p小于试验要求的表面压力范围，则执行第二运行控制参数调整操作，即执行子程序2；
3)检测模型的表面温度T位于试验要求的表面温度范围内，且表面压力p大于试验要求的表面压力范围，则执行第三运行控制参数调整操作，即执行子程序3；
4)检测模型的表面温度T位于试验要求的表面温度范围内，且表面压力p小于试验要求的表面压力范围，则执行第四运行控制参数调整操作，即执行子程序4；
5)检测模型的表面温度T小于试验要求的表面温度范围，且表面压力p大于试验要求的表面压力范围，则执行第五运行控制参数调整操作，即执行子程序5；
6)检测模型的表面温度T小于试验要求的表面温度范围，且表面压力p小于试验要求的表面压力范围，则执行第六运行控制参数调整操作，即执行子程序6；
7)检测模型的表面温度T大于试验要求的表面温度范围，且表面压力p位于试验要求的表面压力范围内，则执行第七运行控制参数调整操作，即执行子程序7；
8)检测模型的表面温度T小于试验要求的表面温度范围，且表面压力p位于试验要求的表面压力范围内，则执行第八运行控制参数调整操作，即执行子程序8。
请参阅图3，为根据本发明优选实施例的第一运行控制参数调整操作的流程图。当表面温度T大于表面温度参数范围要求，表面压力p大于表面压力参数范围要求时，执行子程序1。如图3所示，上述第一运行控制参数调整操作包括以下步骤：
1)检测热气流量未达到最小热气流量G1min，控制电流未达到最小控制电流Imin时，减小电弧加热设备的热气流量和减小电弧加热设备的控制电流；
2)检测热气流量达到最小热气流量G1min，控制电流未达到最小控制电流Imin时，减小电弧加热设备的控制电流；
3)检测热气流量未达到最小热气流量G1min，控制电流达到最小控制电流Imin时，减小电弧加热设备的热气流量；
4)检测热气流量达到最小热气流量G1min，控制电流达到最小控制电流Imin时，增加电弧加热设备的冷气流量；
5)检测冷气流量达到最大冷气流量G2max，控制电弧加热设备停止运行；试验结束后提高电弧加热设备的最大冷气流量G2max，例如通过增加冷气进气面积，增加最大冷气流量G2max。
该第一运行控制参数调整操作中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出调整后的热气流量，即试验需要的热气流量G1'，具体可以通过以下公式计算：
Figure BDA0002932230690000131
其中，T0为测量得到的总气流总温，T02为测量得到的冷气总温，G0为测量得到的总气体流量，G1为测量得到的热气流量，G2为测量得到的冷气流量，T0REF为试验要求的总气流总温。
为了计算试验需要的热气流量G1’，本发明可以先由下式(1)计算出调试出的热气总温，即实际热气总温T01，将试验要求的总气流总温代入式(2)和式(3)计算得出调整后的热气流量，即得到上述公式。
Figure BDA0002932230690000132
式中：
T0—测量得到的总气流总温，K；
T01—调试出的热气总温，K；
T02—测量得到的冷气总温，K；
G0—测量得到的总气体流量，kg/s；
G1—测量得到的热气流量，kg/s；
G2—测量得到的冷气流量，kg/s。
总气体流量计算公式可以表示为热气流量和冷气流量的和。例如测量得到的总气体流量为：
G0＝G1+G2
由此可以得出：
G0REF＝G1'+G2 (2)
Figure BDA0002932230690000141
G0REF为试验需要的总气体流量，即调整后的总气体流量。
该第一运行控制参数调整操作中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出调整后的冷气流量，即试验需要的冷气流量G2'，具体可以通过以下公式计算：
Figure BDA0002932230690000142
其中，T0为测量得到的总气流总温，T01为调试出的热气总温，G0为测量得到的总气体流量，G1为测量得到的热气流量，G2为测量得到的冷气流量，T0REF为试验要求的总气流总温。
为了计算试验需要的冷气流量G2’，本发明可以先由式(1)计算出调试的热气总温，即实际热气总温T01，再将试验要求的总气流总温代入总气体流量计算公式，以及式(4)计算得出调整后的冷气流量，即得到上述公式。其中：
G0REF＝G1+G2’
Figure BDA0002932230690000143
该第一运行控制参数调整操作中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算调整后的控制电流，即试验需要的控制电流I'，具体可以通过以下公式计算：
Figure BDA0002932230690000151
其中，H0为测量得到的总气流焓值，为根据测量得到的总气流总温T0和气流总压确定；G0为测量得到的总气体流量；I为调整前的测量得到的电弧电流，U为调整前的测量得到的电弧电压；H0REF为试验要求的总气流焓值，为根据试验要求的总气流总温和试验要求的气流总压确定；G0REF为试验需要的总气体流量。
为了计算试验需要控制电流I’，本发明可以先由实际总气流总温T0和气流总压，查表得到调试出的气流焓值，即实际总气流焓值，再由下式(5)计算出设备效率，将试验要求总气流总温对应的总气流焓值代入式(6)计算得出控制电流，即得到上式。
Figure BDA0002932230690000152
式中：
η--电弧加热设备运行效率，％；
U—测量得到的电弧电压，V；
I—测量得到的电弧电流，A；
H0—测量得到的总气流焓值，MJ/kg。
Figure BDA0002932230690000153
请参阅图4，为根据本发明优选实施例的第二运行控制参数调整操作的流程图。当表面温度T大于表面温度参数范围要求，表面压力p小于表面压力参数范围要求时，执行该子程序2。如图4所示，上述第二运行控制参数调整操作包括以下步骤：
1)检测热气流量和冷气流量都未达到最大时，增加热气流量和增加冷气流量；
2)检测热气流量达到最大热气流量G1max、冷气流量未达到最大冷气流量G2max时，增加冷气流量和调整控制电流；
3)检测热气流量未达到最大热气流量G1max、冷气流量达到最大冷气流量G2max时，增加热气流量和减小控制电流；
4)检测热气流量和冷气流量同时达到最大时，设备停止运行；试验结束后提高电弧加热设备的最大热气流量G1max和最大冷气流量G2max，例如通过调节设备进气面积，增加最大热气流量和最大冷气流量。
该第二运行控制参数调整操作中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量。优选地，具体通过以下公式计算：
Figure BDA0002932230690000161
其中G1'为试验需要的热气流量，T0为测量得到的总气流总温，T02为测量得到的冷气总温，G0为测量得到的总气体流量，G1为测量得到的热气流量，G2为测量得到的冷气流量，G0REF为计算得到的试验需要的总气体流量；T0REF为试验要求的总气流总温。
其中试验需要的总气体流量G0REF通过以下方式获得：由式(7)和式(8)计算出λ，由式(9)和式(10)计算出试验需要的总气流总温T0REF’，由式(11)～(13)计算出试验需要的电弧加热设备弧室的气流总压P01REF，将试验需要的总气流总温T0REF’代入由式(14)计算出试验需要的总气体流量G0REF。
q(λ)＝A*2/A (7)
式中：
q(λ)--关于λ的一个函数；
λ--速度系数；
A*2—第二音速截面(喷管音速截面)的有效面积，m2。
A—包罩喷管控制参数截面处的有效面积，m2。
Figure BDA0002932230690000171
式中：
γ--气体的比热比。
Figure BDA0002932230690000172
式中：
τ(λ)--静温总温比。
T0REF'＝T/τ(λ) (10)
式中：
T—包罩喷管控制参数截面处模型的表面温度(试验要求)，K。
T0REF’—试验需要的总气流总温。
Figure BDA0002932230690000173
式中：
π(λ)--静压总压比。
P02REF＝p/π(λ) (12)
式中：
p—包罩喷管控制参数截面处模型表面静压(试验要求)，MPa。
P02REF—试验需要的包罩喷管处气流总压，MPa。
Figure BDA0002932230690000174
式中：
P01REF—试验需要的电弧加热设备弧室的气流总压，MPa。
A*1—第一音速截面的有效面积，m2；
Figure BDA0002932230690000175
式中：
C—常数
Figure BDA0002932230690000176
Figure BDA0002932230690000181
G2'＝G0REF-G1' (16)
当计算出试验需要的总气体流量，可以结合调试出热气总温计算试验需要的热气流量。例如由式(1)计算出调试出热气总温，将试验要求的总气流总温代入式(15)和式(16)计算得出试验需要的热气流量。
该第二运行控制参数调整操作中根据试验需要的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合试验需要的热气流量计算试验需要的冷气流量。优选地，通过以下公式计算：
G2’＝G0REF-G1’
其中，G0REF为计算得到的试验需要的总气体流量。因此，当热气流量需要调整时，采用计算得到的试验需要的热气流量G1’作为实际热气流量；当热气流量未调整时，则利用测量得到的热气流量作为实际热气流量。
该第二运行控制参数调整操作中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算调整后的控制电流。与子程序1中控制电流的计算方法相同。
请参阅图5，为根据本发明优选实施例的第三运行控制参数调整操作的流程图。当表面温度T满足表面温度参数范围要求，表面压力p大于表面压力参数范围要求时，执行子程序3。如图5所示，上述第三运行控制参数调整操作包括以下步骤：
1)检测热气流量和冷气流量都未达到最小时，减小热气流量和减小冷气流量；
2)检测热气流量达到最小热气流量G1min、冷气流量未达到最小冷气流量G2min时，减小冷气流量和减小控制电流；
3)检测热气流量未达到最小热气流量G1min、冷气流量达到最小冷气流量G2min时，减小热气流量和增加控制电流；
4)检测热气流量和冷气流量同时达到最小时，控制电弧加热设备停止运行，试验结束后减小电弧加热设备最小热气流量G1min和最小冷气流量G2min。
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量，同子程序2。
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气流量计算试验需要的冷气流量，同子程序2。
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流，同子程序2。
请参阅图6，为根据本发明优选实施例的第四运行控制参数调整操作的流程图。当表面温度T满足表面温度参数范围要求，表面压力p小于表面压力参数范围要求时，执行子程序4。如图6所示，上述第四运行控制参数调整操作包括以下步骤：
1)检测热气流量和冷气流量都未达到最大时，增加热气流量和增加冷气流量；
2)检测热气流量达到最大热气流量G1max、冷气流量未达到最大冷气流量G2max时，增加冷气流量和增加控制电流；
3)检测热气流量未达到最大热气流量G1max、冷气流量达到最大冷气流量G2max时，增加热气流量和减小控制电流；
4)检测热气流量和冷气流量同时达到最大时，控制电弧加热设备停止运行，试验结束后提高电弧加热设备的最大热气流量G1max和最大冷气流量G2max。
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量，同子程序2。
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气流量计算试验需要的冷气流量，同子程序2。
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流，同子程序2。
请参阅图7，为根据本发明优选实施例的第五运行控制参数调整操作的流程图。当表面温度T小于表面温度参数范围要求，表面压力p大于表面压力参数范围要求时，执行子程序5。如图7所示，上述第五运行控制参数调整操作包括以下步骤：
1)检测热气流量和冷气流量都未达到最小时，减小热气流量和减小冷气流量；
2)检测热气流量达到最小热气流量G1min、冷气流量未达到最小冷气流量G2min时，减小冷气流量和调整控制电流；
3)检测热气流量未达到最小热气流量G1min、冷气流量达到最小冷气流量G2min时，减小热气流量和增加控制电流；
4)检测热气流量和冷气流量同时达到最小时，控制电弧加热设备停止运行，试验结束后减小电弧加热设备的最小热气流量G1min和最小冷气流量G2min。
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量，同子程序2。
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气流量计算试验需要的冷气流量，同子程序2。
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流，同子程序2。
请参阅图8，为根据本发明优选实施例的第六运行控制参数调整操作的流程图。当表面温度T小于表面温度参数范围要求，表面压力p小于表面压力参数范围要求时，执行子程序6。如图8所示，上述第六运行控制参数调整操作包括以下步骤：
1)检测热气流量未达到最大热气流量G1max，控制电流未达到最大控制电流Imax时，增加热气流量和增加控制电流；
2)检测热气流量达到最大热气流量G1max，控制电流未达到最大控制电流Imax时，增加控制电流；
3)检测热气流量未达到最大热气流量G1max，控制电流达到最大控制电流Imax时，增加热气流量；
4)检测热气流量达到最大热气流量G1max，控制电流达到最大控制电流Imax时，减小冷气流量；
5)检测冷气流量达到最小冷气流量G2min，控制电弧加热设备停止运行，并在试验结束后减小最小冷气流量G2min。
其中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的热气流量，同子程序1。
其中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的冷气流量，同子程序1。
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流，同子程序1。
请参阅图9，为根据本发明优选实施例的第七运行控制参数调整操作的流程图。当表面温度T大于表面温度参数范围要求，表面压力p满足表面压力参数范围要求时，执行子程序7。如图9所示，上述第七运行控制参数调整操作包括以下步骤：
1)检测控制电流未达到最小控制电流Imin、冷气流量未达到最大冷气流量G2max时，减小控制电流并增加冷气流量；
2)检测控制电流达到最小控制电流Imin、冷气流量未达到最大冷气流量G2max、热气流量未达到最小热气流量G1min时，增加冷气流量和减小热气流量；
3)检测热气流量达到最小热气流量G1min、冷气流量未达到最大冷气流量G2max时，增加冷气流量；
4)检测冷气流量达到最大冷气流量G2max时，减小控制电流或减小热气流量。
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量，同子程序2。
其中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的冷气流量，同子程序1。
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流，同子程序1。
请参阅图10，为根据本发明优选实施例的第八运行控制参数调整操作的流程图。当表面温度T小于表面温度参数范围要求，表面压力p满足表面压力参数范围要求时，执行子程序8。如图10所示，上述第八运行控制参数调整操作包括以下步骤：
1)检测控制电流未达到最大控制电流Imax、冷气流量未达到最小冷气流量G2min时，增加控制电流并减小冷气流量；
2)检测控制电流达到最大控制电流Imax、冷气流量未达到最小冷气流量G2min、热气流量未达到最大热气流量G1max时，减小冷气流量和增加热气流量；
3)检测热气流量达到最大热气流量G1max、冷气流量未达到最小冷气流量G2min时，减小冷气流量；
4)检测冷气流量达到最小冷气流量G2min时，增加控制电流或增加热气流量。
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量，同子程序2。
其中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的冷气流量，同子程序1。
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流，同子程序1。
本发明实施例还提供了一种执行电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法的装置，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在存储器中的计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现如上述实施方式中电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现如上述实施方式中电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法。
本发明的原理是先设定设备运行范围和预设设备运行参数，设备点火运行流场建立稳定后，利用包罩校测模型进行模型表面温度和模型表面压力测量，实时处理得到模型表面温度和模型表面压力等状态参数，并与状态参数范围要求进行对比；当状态参数不满足状态参数范围要求，实时调整热气流量、冷气流量和控制电流，同时，实时连续测量和数据处理得到模型表面温度和模型表面压力等状态参数，并与状态参数范围要求进行对比，直到调试出的状态参数满足状态参数范围要求，设备停止运行，结束该试验状态的调试试验。本发明通过实时调整设备运行控制参数，并实时测量采集和处理得到表面温度和表面压力等状态参数，并与要求的参数范围对比，可实现电弧加热设备上低焓包罩试验的试验状态自动调试，一次试验即可调试出所需的试验状态参数，可大幅提高调试试验效率，提高调试试验模拟精度，降低调试试验成本。
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 (5)

1.一种电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
设定电弧加热设备的运行控制参数范围和试验要求的模型状态参数范围；
设定电弧加热设备的初始运行控制参数，并控制电弧加热设备运行；
测量低焓包罩试验中的模型状态参数；
判断测量得到的低焓包罩试验中的模型状态参数是否满足试验要求的模型状态参数范围：
是则控制电弧加热设备停止运行；
否则判断电弧加热设备的运行时间是否超出预设值，是则控制电弧加热设备停止运行，否则根据测量得到的低焓包罩试验中的模型状态参数和试验要求的模型状态参数范围执行对应的运行控制参数调整操作，并再次测量模型状态参数直至满足试验要求的模型状态参数范围或者达到电弧加热设备运行时间的预设值；
其中：
运行控制参数包括热气流量、冷气流量和控制电流；
模型状态参数包括模型的表面温度和表面压力。
其中，所述根据测量得到的低焓包罩试验中的模型状态参数和试验要求的模型状态参数范围执行对应的运行控制参数调整操作包括：
检测模型的表面温度大于试验要求的表面温度范围，且表面压力大于试验要求的表面压力范围，则执行第一运行控制参数调整操作；
检测模型的表面温度大于试验要求的表面温度范围，且表面压力小于试验要求的表面压力范围，则执行第二运行控制参数调整操作；
检测模型的表面温度位于试验要求的表面温度范围内，且表面压力大于试验要求的表面压力范围，则执行第三运行控制参数调整操作；
检测模型的表面温度位于试验要求的表面温度范围内，且表面压力小于试验要求的表面压力范围，则执行第四运行控制参数调整操作；
检测模型的表面温度小于试验要求的表面温度范围，且表面压力大于试验要求的表面压力范围，则执行第五运行控制参数调整操作；
检测模型的表面温度小于试验要求的表面温度范围，且表面压力小于试验要求的表面压力范围，则执行第六运行控制参数调整操作；
检测模型的表面温度大于试验要求的表面温度范围，且表面压力位于试验要求的表面压力范围内，则执行第七运行控制参数调整操作；
检测模型的表面温度小于试验要求的表面温度范围，且表面压力位于试验要求的表面压力范围内，则执行第八运行控制参数调整操作；
所述第一运行控制参数调整操作包括以下步骤：
检测热气流量未达到最小热气流量，控制电流未达到最小控制电流时，减小电弧加热设备的热气流量和减小电弧加热设备的控制电流；
检测热气流量达到最小热气流量，控制电流未达到最小控制电流时，减小电弧加热设备的控制电流；
检测热气流量未达到最小热气流量，控制电流达到最小控制电流时，减小电弧加热设备的热气流量；
检测热气流量达到最小热气流量，控制电流达到最小控制电流时，增加电弧加热设备的冷气流量；
检测冷气流量达到最大冷气流量，控制电弧加热设备停止运行；试验结束后提高电弧加热设备的最大冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流；
所述第二运行控制参数调整操作包括以下步骤：
检测热气流量和冷气流量都未达到最大时，增加热气流量和增加冷气流量；
检测热气流量达到最大热气流量、冷气流量未达到最大冷气流量时，增加冷气流量和调整控制电流；
检测热气流量未达到最大热气流量、冷气流量达到最大冷气流量时，增加热气流量和减小控制电流；
检测热气流量和冷气流量同时达到最大时，设备停止运行；试验结束后提高电弧加热设备的最大热气流量和最大冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气流量计算试验需要的冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流;
所述第三运行控制参数调整操作包括以下步骤：
检测热气流量和冷气流量都未达到最小时，减小热气流量和减小冷气流量；
检测热气流量达到最小热气流量、冷气流量未达到最小冷气流量时，减小冷气流量和减小控制电流；
检测热气流量未达到最小热气流量、冷气流量达到最小冷气流量时，减小热气流量和增加控制电流；
检测热气流量和冷气流量同时达到最小时，控制电弧加热设备停止运行，试验结束后减小电弧加热设备最小热气流量和最小冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气流量计算试验需要的冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流；
所述第四运行控制参数调整操作包括以下步骤：
检测热气流量和冷气流量都未达到最大时，增加热气流量和增加冷气流量；
检测热气流量达到最大热气流量、冷气流量未达到最大冷气流量时，增加冷气流量和增加控制电流；
检测热气流量未达到最大热气流量、冷气流量达到最大冷气流量时，增加热气流量和减小控制电流；
检测热气流量和冷气流量同时达到最大时，控制电弧加热设备停止运行，试验结束后提高电弧加热设备的最大热气流量和最大冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气流量计算试验需要的冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流；
所述第五运行控制参数调整操作包括以下步骤：
检测热气流量和冷气流量都未达到最小时，减小热气流量和减小冷气流量；
检测热气流量达到最小热气流量、冷气流量未达到最小冷气流量时，减小冷气流量和调整控制电流；
检测热气流量未达到最小热气流量、冷气流量达到最小冷气流量时，减小热气流量和增加控制电流；
检测热气流量和冷气流量同时达到最小时，控制电弧加热设备停止运行，试验结束后减小电弧加热设备的最小热气流量和最小冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气流量计算试验需要的冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流；
所述第六运行控制参数调整操作包括以下步骤：
检测热气流量未达到最大热气流量，控制电流未达到最大控制电流时，增加热气流量和增加控制电流；
检测热气流量达到最大热气流量，控制电流未达到最大控制电流时，增加控制电流；
检测热气流量未达到最大热气流量，控制电流达到最大控制电流时，增加热气流量；
检测热气流量达到最大热气流量，控制电流达到最大控制电流时，减小冷气流量；
检测冷气流量达到最小冷气流量，控制电弧加热设备停止运行，并在试验结束后减小最小冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流；
所述第七运行控制参数调整操作包括以下步骤：
检测控制电流未达到最小控制电流、冷气流量未达到最大冷气流量时，减小控制电流并增加冷气流量；
检测控制电流达到最小控制电流、冷气流量未达到最大冷气流量、热气流量未达到最小热气流量时，增加冷气流量和减小热气流量；
检测热气流量达到最小热气流量、冷气流量未达到最大冷气流量时，增加冷气流量；
检测冷气流量达到最大冷气流量时，减小控制电流或减小热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流；
所述第八运行控制参数调整操作包括以下步骤：
检测控制电流未达到最大控制电流、冷气流量未达到最小冷气流量时，增加控制电流并减小冷气流量；
检测控制电流达到最大控制电流、冷气流量未达到最小冷气流量、热气流量未达到最大热气流量时，减小冷气流量和增加热气流量；
检测热气流量达到最大热气流量、冷气流量未达到最小冷气流量时，减小冷气流量；
检测冷气流量达到最小冷气流量时，增加控制电流或增加热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量；
其中根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的冷气流量；
其中根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流。
2.根据权利要求1所述的电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法，其特征在于，所述根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的热气流量包括通过以下公式计算：
Figure FDA0003675987090000071
其中，G1'为试验需要的热气流量，T0为测量得到的总气流总温，T02为测量得到的冷气总温，G0为测量得到的总气体流量，G1为测量得到的热气流量，G2为测量得到的冷气流量，T0REF为试验要求的总气流总温；
所述根据试验要求的总气流总温和实际热气总温计算出试验需要的冷气流量包括通过以下公式计算：
Figure FDA0003675987090000072
其中，G2'为试验需要的冷气流量，T0为测量得到的总气流总温，T01为测量得到的热气总温，G0为测量得到的总气体流量，G1为测量得到的热气流量，G2为测量得到的冷气流量，T0REF为试验要求的总气流总温；
所述根据试验要求的总气流总温对应的总气流焓值和实际设备效率计算试验需要的控制电流包括通过以下公式计算：
Figure FDA0003675987090000073
其中，I'为试验需要的控制电流，H0为测量得到的总气流焓值，为根据测量得到的总气流总温T0和气流总压确定；G0为测量得到的总气体流量；I为调整前的测量得到的电弧电流；H0REF为试验需要的总气流焓值，为根据试验要求的总气流总温和试验要求的气流总压确定；G0REF为试验需要的总气体流量。
3.根据权利要求1所述的电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试方法，其特征在于：
所述根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气总温计算试验需要的热气流量，包括通过以下公式计算：
Figure FDA0003675987090000081
其中，G1'为试验需要的热气流量，T0为测量得到的总气流总温，T02为测量得到的冷气总温，G0为测量得到的总气体流量，G1为测量得到的热气流量，G2为测量得到的冷气流量，T0REF为试验要求的总气流总温，G0REF为计算得到的试验需要的总气体流量；
所述根据试验要求的总气流总温计算试验需要的总气体流量，并结合实际热气流量计算试验需要的冷气流量包括通过以下公式计算：
G2’＝G0REF-G1’
其中，G0REF为计算得到的试验需要的总气体流量，G1’ 为计算得到的试验需要的热气流量。
4.一种电弧加热设备上低焓包罩试验状态自动调试装置，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在存储器中的计算机程序，其特征在于，当计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～3中任一项所述的方法。
5.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～3中任一项所述的方法。
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