CN115290287B - 一种高空低密度风洞试验系统、方法及风速测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及风洞试验技术领域，提供了一种高空低密度风洞试验系统、方法及风速测量方法。通过先启动高度模拟系统使得风洞内的气压环境稳定在目标压力值附近后再按定转速模式开启动力系统，待系统稳定后再开启定风速模式，待系统再次稳定后开始试验，由此，能够真实反映出低密度的环境，整个系统可控可调，能够快速达到设定的试验条件，还能实现对低速的风速的精确测量。

Description

一种高空低密度风洞试验系统、方法及风速测量方法
技术领域
本发明涉及风洞试验技术领域，尤其是涉及一种高空低密度风洞试验系统、方法及风速测量方法。
背景技术
结冰风洞是一座多功能型风洞，可模拟飞行器高空飞行结冰云雾环境，其中的高空模拟功能通过抽出风洞内气体，降低洞内气体密度，制造高空环境。现有许多飞行器有需求在万米高空进行低速巡航，为开展相关性研究，低风速、高空的试验环境是其基础，但是真实试验反映出低密度环境的气体稀薄特征，对低风速的测量影响较大，存在小量速度压差的测量技术难点，从而试验风速难以控制。
发明内容
为了解决现有技术存在的不足，本申请提供一种高空低密度风洞试验系统、方法及风速测量方法，从而实现对高空低密度环境下风速的测量，在风洞试验过程中维持稳定的试验环境。
本申请第一方面提供一种高空低密度风洞试验系统，包括风洞洞体，所述风洞洞体连通高度模拟系统和动力系统，在试验段壁面设置静压孔，所述静压孔连通绝压传感器；所述试验段来流方向进口处设置皮托管，所述皮托管与压差传感器连接。
本申请第二方面提供一种高空低密度风洞试验系统的试验方法，包括如下步骤：
S10. 启动高度模拟系统，待风洞内的压力稳定在与目标压力的差值在预设范围内时，以定转速模式启动动力系统；
S20. 待风速和壁面静压稳定后，按目标风速启动定风速控制；
S30. 待风速和壁面静压稳定后，开始试验。
进一步地，若试验过程中需要改变试验工况，则修改目标风速，按照修改后的目标风速定风速控制，执行步骤S30。
进一步地，风速v的测量方法为：采用皮托管获取来流的总压与静压差
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，并采用下式计算：
Figure 824587DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
为密度。
进一步地，与静压孔连接的绝压传感器用于测量以下参数：在步骤S10中，测量风洞内的压力；在步骤S20-S30中，测量试验段壁面静压。
进一步地，在步骤S20和S30中，均先判断风速是否稳定，当风速稳定后再检测壁面静压，判断壁面静压是否稳定。
本申请第三方面提供一种高空低密度风洞试验的风速测量方法，在执行完如前所述的一种高空低密度风洞试验系统的试验方法开始试验后，采用皮托管获取来流的总压与静压差
Figure 965719DEST_PATH_IMAGE001
，并采用下式计算风速v：
Figure 260434DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 828818DEST_PATH_IMAGE003
为密度。
采用本申请的一种高空低密度风洞试验系统、方法及风速测量方法，相对于现有技术，至少具有以下有益效果：本申请通过先启动高度模拟系统使得风洞内的气压环境稳定在目标压力值附近后再按定转速模式开启动力系统，待系统稳定后再开启定风速模式，待系统再次稳定后开始试验，由此，能够真实反映出低密度的环境，整个系统可控可调，能够快速达到设定的试验条件，还能实现对低速的风速的精确测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例1的一种高空低密度风洞试验系统的示意图；
图2是实施例2的一种高空低密度风洞试验方法的流程示意图；
其中，01-风洞，02-高度模拟系统，03-试验段，04-试验模型，05-静压孔，06-皮托管，07-绝压传感器，08-差压传感器，A-来流方向。
具体实施方式
以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。
实施例1
一种高空低密度风洞试验系统，如图1所示，包括风洞洞体01，所述风洞洞体01连通高度模拟系统02和动力系统（图中未示出），在试验段03的壁面设置静压孔05，所述静压孔05连通绝压传感器07；所述试验段03来流方向A进口处设置皮托管06，所述皮托管06与压差传感器08连接。
其中，风洞是一个封闭式的回流系统，高度模拟系统包括抽气设备，将风洞内部的气体抽出，使洞内气压下降，达到模拟高度的效果；动力系统是为风洞提供气流，包含风机，风机转动促使风洞内气体流动，使风洞内产生风速。本实施例中的静压孔是指在壁面开设一个孔，用于连接绝压传感器测试壁面静压。皮托管用于测量来流的总、静压差，以计算风速。作为优选，在试验段的两侧壁面均设置静压孔，获得较为稳定的壁面静压值。
实施例2
本实施例利用实施例1的高空低密度风洞试验系统进行高空低密度风洞试验系统的试验，具体地，如图2所示：
一种高空低密度风洞试验系统的试验方法，包括如下步骤：
S10. 启动高度模拟系统，待风洞内的压力稳定在与目标压力的差值在预设范围内时，以定转速模式启动动力系统；
本领域技术人员可以理解，在该步骤前，还需要进行系统准备，并为系统设定目标高度，即风洞内的目标压力值。接着，采用与静压孔连接的绝压传感器测量得到风洞内的压力值。当风洞内的压力值接近目标压力值，并且稳定在目标压力值附近时，以定转速模式启动动力系统，即控制动力系统的风机以设定的转速转动。这是因为，风洞内此时由于高度模拟系统的运作，已经达到了设定的模拟高度，使得风洞内的环境为低密度环境，气体稀薄，动力系统若直接运行定风速控制，则会出现因较长延迟的严重超调，进而损坏试验模型和测量仪器等。所以采取先定转速启动，待风洞内气流稳定运行，同时还要保证静压稳定后，再切入定风速控制。
S20. 待风速和壁面静压稳定后，按目标风速启动定风速控制；
采用皮托管测量风洞内的风速，具体地，采用皮托管获取来流的总压与静压差
Figure 310615DEST_PATH_IMAGE001
，并采用下式计算：
Figure 724279DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 870571DEST_PATH_IMAGE003
为密度，得到风速v。
Figure 344278DEST_PATH_IMAGE004
，即通过检测风洞内当前壁面静压和风洞内的当前摄氏温度计算得到。
风速稳定是指风速维持在一定范围内。而后采用与静压孔连接的绝压传感器测量得到风洞的壁面静压值，当所测得的壁面静压值也稳定后，系统再次达到稳定，则按目标风速启动定风速控制。定风速控制是指，按照设定的输出风速控制风机转动。
值得说明的是，静态下风洞内的压力稳定（步骤S10）和动态下的压力稳定（步骤S20），前者是为了接近试验高度，后者是为了确保在高度稳定且符合试验条件的情况下进行风速加载。这样操作的原因是，低密度的环境，加之风洞容积较大，气压的不稳定会对风速的测量造成影响，通过缩小目标调节差量，等待高度、风速稳定后，再开展试验，从而便于控制达成目标风速，也便于对高空低密度环境下气流速度的精确测量。
S30. 待风速和壁面静压稳定后，开始试验。
同理，与步骤S20相同地，先采用皮托管测量风洞内的风速，当所测量的风速稳定在一定范围后，开始采用与静压孔连接的绝压传感器测量得到风洞的壁面静压值，当所测得的壁面静压值也稳定后，系统再次达到稳定，则可以开始试验。在风洞内设置了试验模型，如图1所示，例如可以开始试验模型的飞行试验，并测量各种飞行试验参数。
若试验过程中需要改变试验工况，则修改目标风速，按照修改后的目标风速定风速控制，执行步骤S30。
为保障试验精度，与皮托管连接的压差传感器可根据试验条件选择小量程的传感器，确保风速测量精度最佳，并且按照上述试验流程进行试验，可确保相关试验对象安全运行，同时克服低风速、低密度的试验难点。
实施例3
本实施例是利用实施例1高空低密度风洞试验系统采用如实施例2的方法进行试验时，对风速的测量方法，具体地：
一种高空低密度风洞试验的风速测量方法，在执行完如实施例2的一种高空低密度风洞试验系统的试验方法开始试验后，采用皮托管获取来流的总压与静压差
Figure 313371DEST_PATH_IMAGE001
，并采用下式计算风速v：
Figure 265146DEST_PATH_IMAGE002
。如此能够比较精确地测量高空低密度试验环境下的风速，特别是低风速的准确测量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高空低密度风洞试验系统的试验方法，所述高空低密度风洞试验系统包括风洞洞体，所述风洞洞体连通高度模拟系统和动力系统，其特征在于，在试验段壁面设置静压孔，所述静压孔连通绝压传感器；所述试验段来流方向进口处设置皮托管，所述皮托管与压差传感器连接，所述方法包括如下步骤：
S10. 启动高度模拟系统，待风洞内的压力稳定在与目标压力的差值在预设范围内时，以定转速模式启动动力系统；
S20. 待风速和壁面静压稳定后，按目标风速启动定风速控制；
S30. 待风速和壁面静压稳定后，开始试验。
2.根据权利要求1的一种高空低密度风洞试验系统的试验方法，其特征在于，所述试验段的两侧壁上均设置有静压孔。
3.根据权利要求1或2所述的一种高空低密度风洞试验系统的试验方法，其特征在于，若试验过程中需要改变试验工况，则修改目标风速，按照修改后的目标风速定风速控制，执行步骤S30。
4.根据权利要求3所述的一种高空低密度风洞试验系统的试验方法，其特征在于，风速v的测量方法为：采用皮托管获取来流的总压与静压差
Figure 623155DEST_PATH_IMAGE001
，并采用下式计算：
Figure 340049DEST_PATH_IMAGE002
，
Figure 263006DEST_PATH_IMAGE003
为当前空气密度。
5.根据权利要求4所述的一种高空低密度风洞试验系统的试验方法，其特征在于，当前空气密度
Figure 759715DEST_PATH_IMAGE003
的计算为：
Figure 768122DEST_PATH_IMAGE004
。
6.根据权利要求5所述的一种高空低密度风洞试验系统的试验方法，其特征在于，与静压孔连接的绝压传感器用于测量以下参数：在步骤S10中，测量风洞内的压力；在步骤S20-S30中，测量试验段壁面静压。
7.根据权利要求6所述的一种高空低密度风洞试验系统的试验方法，其特征在于，在步骤S20和S30中，均先判断风速是否稳定，当风速稳定后再检测壁面静压，判断壁面静压是否稳定。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115575082B (zh) * 2022-12-09 2023-03-10 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种风洞变密度试验风速测量装置、方法及风洞试验方法
CN116399552B (zh) * 2023-06-08 2023-08-18 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种低雷诺数风洞试验方法及系统
CN116412991B (zh) * 2023-06-12 2023-08-22 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所 在风洞流场试验中同步模拟飞行高度、飞行速度的方法
CN116953276B (zh) * 2023-09-20 2023-12-15 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 皮托管的流场方向自适应调节装置及工作方法实验方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR789809A (fr) * 1935-01-10 1935-11-07 Ecole Speciale De Travaux Aero Soufflerie stratosphérique transformable
FR1066327A (fr) * 1952-11-06 1954-06-03 Onera (Off Nat Aerospatiale) Perfectionnements aux souffleries aérodynamiques
JPH0331735A (ja) * 1989-06-28 1991-02-12 Kawasaki Heavy Ind Ltd 風洞の風速制御装置
JPH1183669A (ja) * 1997-09-12 1999-03-26 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 風洞実験設備
WO2009025578A1 (ru) * 2007-08-14 2009-02-26 Central Institute Of Aviation Motors (Ciam) Способ наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению, и устройство для его осуществления
CN109813935A (zh) * 2019-04-03 2019-05-28 昆山高新轨道交通智能装备有限公司 一种便携式风速计检定系统及其工作方法
WO2020126207A1 (en) * 2018-12-21 2020-06-25 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Wind turbine blade, wind turbine, method for manufacturing a wind turbine blade and method for maintaining a wind turbine
KR102130917B1 (ko) * 2019-05-16 2020-07-06 전형범 Led 조명 확산판용 보호필름 및 그의 제조방법
CN111888775A (zh) * 2020-06-05 2020-11-06 祝爱莲 稳定气流风速调控系统
CN112113740A (zh) * 2020-11-18 2020-12-22 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种测压装置、测压方法及风洞局部气流偏角测量方法
CN112504610A (zh) * 2020-12-29 2021-03-16 中国航天空气动力技术研究院 高空螺旋桨低密度风洞试验测试系统及方法
CN114061888A (zh) * 2020-08-03 2022-02-18 中国科学院西北生态环境资源研究院 低温低压风沙环境风洞系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2055725A1 (en) * 2007-11-05 2009-05-06 Total Petrochemicals Research Feluy Reduced blockage when transferring polymer product from one reactor to another
CN110411710A (zh) * 2019-08-29 2019-11-05 浙江大学 一种平板边界层流动显示实验示踪粒子播撒装置
CN112649173B (zh) * 2020-12-30 2023-08-11 哈尔滨工业大学 一种模拟火星低压低密度尘暴环境的回流型风洞装置
CN113916486B (zh) * 2021-10-11 2022-12-30 中国航空工业集团公司哈尔滨空气动力研究所 一种基于多参数压力回归算法低速风洞速压测控方法
CN114910242B (zh) * 2022-07-18 2022-10-11 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 压力测量装置、压力测量方法及压力稳定判断方法、系统

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR789809A (fr) * 1935-01-10 1935-11-07 Ecole Speciale De Travaux Aero Soufflerie stratosphérique transformable
FR1066327A (fr) * 1952-11-06 1954-06-03 Onera (Off Nat Aerospatiale) Perfectionnements aux souffleries aérodynamiques
JPH0331735A (ja) * 1989-06-28 1991-02-12 Kawasaki Heavy Ind Ltd 風洞の風速制御装置
JPH1183669A (ja) * 1997-09-12 1999-03-26 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 風洞実験設備
WO2009025578A1 (ru) * 2007-08-14 2009-02-26 Central Institute Of Aviation Motors (Ciam) Способ наземных испытаний объектов авиационной техники, подвергающихся обледенению, и устройство для его осуществления
WO2020126207A1 (en) * 2018-12-21 2020-06-25 Siemens Gamesa Renewable Energy A/S Wind turbine blade, wind turbine, method for manufacturing a wind turbine blade and method for maintaining a wind turbine
CN109813935A (zh) * 2019-04-03 2019-05-28 昆山高新轨道交通智能装备有限公司 一种便携式风速计检定系统及其工作方法
KR102130917B1 (ko) * 2019-05-16 2020-07-06 전형범 Led 조명 확산판용 보호필름 및 그의 제조방법
CN111888775A (zh) * 2020-06-05 2020-11-06 祝爱莲 稳定气流风速调控系统
CN114061888A (zh) * 2020-08-03 2022-02-18 中国科学院西北生态环境资源研究院 低温低压风沙环境风洞系统
CN112113740A (zh) * 2020-11-18 2020-12-22 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 一种测压装置、测压方法及风洞局部气流偏角测量方法
CN112504610A (zh) * 2020-12-29 2021-03-16 中国航天空气动力技术研究院 高空螺旋桨低密度风洞试验测试系统及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
亚声速低密度风洞总体结构研究;王彩红;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑》;20190415(第4期);第5-9页 *

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