CN114061896B - 升力体通气模型内阻测量试验数据处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种升力体通气模型内阻测量试验数据处理方法，在通气模型的进气道内阻计算公式中，根据单元块的区间位置选取不同的静压和马赫数，同时在计算时引入出口气流与模型坐标系的夹角以完成对内阻测量试验数据进行处理。本发明提供一种升力体通气模型内阻测量试验数据处理方法，其在对现有采用的“动量差法”进行内阻测量试验数据进行处理时，通过对截面上各单元块的静压和马赫数根据单元块的区间分布进行分别选取，计算喷管出口受力计算更加精细；同时在公式中引入出口气流与模型坐标系的夹角做为参考因素，使得其在应用改进后的计算公式进行内阻时，能够有效提高间接式内阻测量的精准度。

Description

升力体通气模型内阻测量试验数据处理方法
技术领域
本发明涉及风洞试验技术领域。更具体地说，本发明涉及一种本发明涉及一种升力体通气模型内阻测量试验数据处理方法。
背景技术
高超声速吸气式飞行器已成为当前世界各国开展高超声速研究的热点领域之一。准确获得发动机内流道阻力(以下简称“内阻”)是吸气式飞行器气动布局研究和设计过程中需要重点关注的问题之一。目前，主要有两种技术途径：一种是直接测量[许晓斌等，通气模型内流道阻力直接测量技术研究[J]，推进技术，2013，34(3)]；另一种是间接测量法，也称为“动量差法”，即通过测量内流道出口皮托压力和静压，通过计算获得内阻。其中，皮托压力通过皮托压力探针测得；静压的测量方式又分为两种：(1)间接测量法，采用DPIV技术测量尾喷管出口气流速度，通过换算得到出口静压[黄湛等，高超声速飞行器DPIV内流阻力测量技术研究[J]，推进技术，2014,34(4)]；(2)直接测量法，采用静压探针直接测量出口静压[舒海峰等，高超声速通气模型喷管出口气流参数测量试验技术研究[J]，2017，31(6)]。
如图1所示，采用“动量差法”时，所取控制体入口截面为图中H-H截面，获得内流道出口(即图中5-5截面参数)皮托压力和静压后，目前主要通过公式(1)计算进气道内阻CAin：
Figure GDA0004092326230000011
式中，P——静压，Pa
Ma——马赫数
A——面积，m2
q——动压，Pa
S——参考面积，m2
下标：5——出口截面
H——入口截面
∞——来流参数
公式(1)中入口参数取来流参数；出口参数一般取出口截面的平均静压和平均马赫数。试验结果表明[舒海峰等，高超声速通气模型喷管出口气流参数测量试验技术研究[J]，2017，31(6)]，尾喷管出口截面静压和马赫数分布极不均匀，因此，以平均值代替实际值计算的内阻偏差较大。
因此，需要对相关数据处理方法进行改进，提高内阻计算精准度，对今后在高超声速风洞中开展此类试验具有重要意义。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种升力体通气模型内阻测量试验数据处理方法，在通气模型的进气道内阻计算公式中，根据单元块的区间位置选取不同的静压和马赫数，同时在计算时引入出口气流与模型坐标系的夹角以完成对内阻测量试验数据进行处理。
优选的是，不同区间位置的单元块静压和马赫数选取方式被配置为包括：
对于临近壁面的最外层单元块，以喷管出口壁面静压为该层单元块的平均静压，以最外层圆心处的马赫数为该层单元块的平均马赫数；
对于最外层单元块以外的其它单元块，以各单元块中心处的静压和马赫数作为对应小块截面内的静压和马赫数。
优选的是，所述引入出口气流与模型坐标系的夹角被配置为包括：
气流流向与模型坐标系OX轴的纵向夹角α；
气流流向与模型坐标系OX轴的横向夹角β；
优选的是，所述α的确定方法为：
若出口截面从上到下分为x行，将最接近上表面一行单元块的气流流向角与喷管上表面的相切角度设为α1，最接近下表面一行单元块的气流流向角与喷管上表面的相切角度设为αx，则第j行(1≤j≤x)的角度为：
Figure GDA0004092326230000031
优选的是，β的确定方法为：
若出口截面从左到右分为y列，将最接近左侧表面一列单元块的气流流向角与喷管左侧表面的相切角度设为β1，最接近右侧表面一列的气流流向角与喷管右侧表面的相切角度设为βy，则第k列(1≤k≤y)的角度为：
Figure GDA0004092326230000032
优选的是，将选取后的各单元块静压、马赫数，以及出口气流与模型坐标系对应的夹角，代入原内阻计算中以得到如下的内阻计算优化公式：
Figure GDA0004092326230000033
其中，其中，所述i为单元块的编号，n为单元块的数量。
本发明至少包括以下有益效果：本发明在对现有采用的“动量差法”进行内阻测量试验数据进行处理时，通过对截面上各单元块的静压和马赫数根据单元块的区间分布进行分别选取，计算喷管出口受力计算更加精细；同时在公式中引入出口气流与模型坐标系的夹角做为参考因素，使得其在应用改进后的计算公式进行内阻时，能够有效提高间接式内阻测量的精准度。
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为计算控制体的结构示意图；
图2为计算控制体中对喷管出口(即5-5截面)单元格进行划分的示意图；
图3为计算控制体中喷管出口上下壁面与对称面夹角示意图；
图4为计算控制体中喷管出口左右壁面与对称面夹角示意图；
图5为部分截面的静压分布曲线。
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。
本发明为了提高内阻的计算精准度，将出口截面5-5分割为x行、y列的(行宽度相等，列宽度相等)若干矩形小块。在临近壁面的单元块(即最外层单元块)处，以喷管出口壁面静压为该单元块的平均静压，以图2所示最外侧圆心处的马赫数为该单元块的平均马赫数；在其它单元块处，以该单元块中心处的静压和马赫数作为该小块截面内的静压和马赫数，计算公式(1)的前两项，并对所有矩形小块的计算结果进行求和，并考虑出口气流与模型坐标系的夹角，将现有内阻计算公式(1)转化为本发明改进优化后的公式(2)，即：
Figure GDA0004092326230000041
式中，i——矩形小块编号；
n——矩形小块数量；
α——当地气流流向与模型坐标系OX轴的纵向夹角；
β——当地气流流向与模型坐标系OX轴的横向夹角；
其中，每一小块的马赫数采用常规计算方法计算，此处不再赘述；每一小块的面积为该小块的长度与宽度乘积；
α的确定方法为：
假设将出口截面从上到下分为x行，最接近上表面的一行的气流流向角与喷管上表面相切，角度设为α1，最接近下表面的一行的气流流向角与喷管上表面相切，角度设为αx，则第j(1≤j≤x)行的角度为
Figure GDA0004092326230000042
β的确定方法为：
假设将出口截面从左到右分为y列，最接近左侧表面的一列的气流流向角与喷管左侧表面相切，角度设为β1，最接近右侧表面的一行的气流流向角与喷管右侧表面相切，角度设为βy(鉴于模型左右对称，因此βx＝-β1)，则第k(1≤k≤y)列的角度为
Figure GDA0004092326230000051
实施例：
下面以文献[舒海峰等，高超声速通气模型喷管出口气流参数测量试验技术研究[J]，2017，31(6)]提到的喷管出口形状为例进行说明。
喷管出口尺寸为196.71mm×73.85mm，划分为13行、19列，得到共247个矩形单元块。其中，每一小块的面积为该小块的长度与宽度乘积，而每一小块的马赫数采用常规计算方法计算，此处不再赘述；
当喷管出口上表面角度α1为1°，下表面角度α13为-4.96°，左侧表面角度β1为1.33°，右侧表面角度β19为-1.33°。则第5行第10列单元块的纵向流向角、横向流向角分别为：
Figure GDA0004092326230000052
Figure GDA0004092326230000053
在临近壁面的单元块(即最外层单元块)处，以喷管出口壁面静压为该单元块的平均静压，以最外侧圆心处的马赫数为该单元块的平均马赫数；在其它单元块处，以该单元块中心处的静压和马赫数作为该小块截面内的静压和马赫数；针对每个单元块，分别计算
Figure GDA0004092326230000054
和P5iA5icosαi·cosβi；对所有单元块的
Figure GDA0004092326230000055
和P5iA5icosαi·cosβi均进行求和；采用优化后的如下内阻计算公式进行计算：
Figure GDA0004092326230000056
图5为部分截面的静压分布曲线[舒海峰等，高超声速通气模型喷管出口气流参数测量试验技术研究[J]，2017，31(6)]，可以看出，在所选截面内静压的最大值是最小值的3倍。很明显，如果采用喷管出口的平均静压和平均马赫数计算内阻，至少将造成1倍以上的偏差。
以上方案只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。在实施本发明时，可以根据使用者需求进行适当的替换和/或修改。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
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 (1)

1.一种升力体通气模型内阻测量试验数据处理方法，其特征在于，在通气模型的进气道内阻计算公式中，根据单元块的区间位置选取不同的静压和马赫数，同时在计算时引入出口气流与模型坐标系的夹角以完成对内阻测量试验数据进行处理；
不同区间位置的单元块静压和马赫数选取方式被配置为包括：
对于临近壁面的最外层单元块，以喷管出口壁面静压为该层单元块的平均静压，以最外层圆心处的马赫数为该层单元块的平均马赫数；
对于最外层单元块以外的其它单元块，以各单元块中心处的静压和马赫数作为对应小块截面内的静压和马赫数；
所述引入出口气流与模型坐标系的夹角被配置为包括：
气流流向与模型坐标系OX轴的纵向夹角α；
气流流向与模型坐标系OX轴的横向夹角β；
所述α的确定方法为：
若出口截面从上到下分为x行，将最接近上表面一行单元块的气流流向角与喷管上表面的相切角度设为α1，最接近下表面一行单元块的气流流向角与喷管上表面的相切角度设为αx，则第j行的角度为：
Figure FDA0004114407440000011
其中，1≤j≤x；
β的确定方法为：
若出口截面从左到右分为y列，将最接近左侧表面一列单元块的气流流向角与喷管左侧表面的相切角度设为β1，最接近右侧表面一列的气流流向角与喷管右侧表面的相切角度设为βy，则第k列的角度为：
Figure FDA0004114407440000012
其中，1≤k≤y；
将选取后的各单元块静压、马赫数，以及出口气流与模型坐标系对应的夹角，代入原内阻计算中以得到如下的内阻计算优化公式：
Figure FDA0004114407440000021
其中，所述i为单元块的编号，n为单元块的数量。
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