CN115452313B - 一种声爆试验探针角度敏感性快速标定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种声爆试验探针角度敏感性快速标定方法，其中探针测压孔中心与机构旋转中心不重合，先测得两个中心之间的距离，然后得到探针在不同角度阶梯下的压力测值，并得到压力系数，再根据探针的旋转角度，计算得到探针测压孔中心的实际空间位置，然后根据实际空间位置，试验得到探针在0°下的压力系数，最后根据压力系数差值得到单纯由探针角度变化引起的无量纲化压力系数。本发明的有益效果：一是不需要设计专用装置，可以基于当前试验条件实施；二是通用性更好，对于测压孔位于不同空间位置的探针，可以基于同一套装置完成角度敏感性检测。

Description

一种声爆试验探针角度敏感性快速标定方法
技术领域
本发明属于风洞探针技术领域，具体涉及一种声爆试验探针角度敏感性快速标定方法。
背景技术
探针本身尺寸小，对风洞流场环境的干扰小，是风洞试验常用的压力测量设备，尤其适用于声爆试验这类主要进行弱压力信号测量的试验。其用法一般有两种，一是始终安装在风洞固定位置，作为风洞压力的一种常态化检测设备使用；另一种是与多自由度机构配合，在试验时改变探针空间位置实现不同位置的压力测量。
由于不同的探针对角度的敏感性不同，使得探针在试验中对角度的控制要求也不尽相同。以总压探针为例，其特点就是对角度的变化不敏感，即总压探针在一定的角度变化区间内其压力测值不会出现明显差异。这就要求在试验前对探针的角度敏感性进行标定。
如图1所示，目前探针角度敏感性标定方法如下：
1.将探针与专用装置连接实现探针角度的改变，这里的重点是必须保证探针测压孔位于装置的旋转中心，以此保证探针角度改变时测压孔位置始终保持不变，即其始终测量的是同一空间位置的压力，探针压力测值的差异是由角度变化引起。
2.通过风洞试验，获得一定角度区间内数个角度阶梯对应的探针压力测值，将压力测值进行无量纲化处理得到压力系数，消除不同阶梯时来流总压变化导致的压力测值差异。
3.以试验得到的角度阶梯-压力系数为基础，进行曲线拟合，得到步骤2给定的角度区间对应的探针角度和压力系数的关系式。
现有技术的缺点主要有以下三点：一是需要设计专用装置与进行探针标定时变角度装置连接，因为探针试验的风洞和探针标定的风洞通常不是同一座风洞，因此需要按照标定风洞变角度装置的要求额外设计对应的连接装置；二是对装配要求高，要严格保证探针角度变化时测压孔始终位于旋转中心位置，这就需要严格控制探针、连接装置以及变角度装置之间的安装误差。举例来说，探针角度为0°时，如果测压孔与机构旋转中心距离偏差100mm，在探针角度变化1°时，测压孔相对原来位置偏差1.7mm，角度变化达到10°时，位置偏差将达到17mm，这个量值偏差对应的空间位置的压力可能已经存在差异，按照这个数据进行标定会引入误差，影响探针标定准确性；三是通用性差，如果一项试验需要用到多种构型的探针，只要测压孔位置不一致，每种探针的标定都要设计配套的连接装置，分别开展标定试验获得标定结果。
发明内容
本发明的目的在于：本发明提供了一种声爆试验探针角度敏感性快速标定方法，解决了探针角度敏感性标定时，要求探针角度变化时测压孔位置必须保持在同一空间位置不变的问题。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种声爆试验探针角度敏感性快速标定方法，包括如下步骤：
步骤a，按照风洞试验要求将探针通过连接装置与风洞多自由度机构连接，风洞多自由度机构控制探针角度的调整；
步骤b，通过实际测量获得探针测压孔中心与机构旋转中心之间的距离L；
步骤c，按给定的角度阶梯完成试验，获得探针在不同角度阶梯α1、α2、α3···αn下的压力测值，通过无量纲化得到压力系数CP1、CP2、CP3、···CPn，此时，探针测压孔中心不在机构旋转中心时，随着探针角度αn变化，测压孔空间位置将发生改变，与角度为零时相比，分别在X向和Y向存在△X和△Y的位置变化：
△Xn=L-Lcosαn
△Yn=Lsinαn；
步骤d，根据步骤b结果以及步骤c的试验角度，换算得到每个角度阶梯时探针测压孔中心实际所处的空间位置坐标Pn（Xn，Yn）：
Xn=X0-△Xn
Yn=Y0-△Yn
其中，X0和Y0是指机构旋转中心点的空间位置坐标；
步骤e，以步骤d获得的空间位置坐标Pn（Xn，Yn）作为风洞试验变量，探针角度始终保持在0°开展风洞试验，获得探针在不同阶梯下的压力测值，通过无量纲化得到压力系数CPw1 、CPw2、CPw3、···CPwn，该结果可视为步骤c中探针如果不变角度保持在0°时的无量纲化压力系数；
步骤f，将步骤e得到的压力系数一一对应的在步骤c结果中扣除，得到结果即为扣除空间位置影响由探针角度变化引起的无量纲化压力系数CPan：
CPan=CPn-CPwn，n=1、2、3、···；
步骤g，将步骤f中角度为0°时的无量纲化压力系数CPa0在其它角度对应结果中扣除，得到的结果即为单纯由探针角度变化引起的无量纲化压力系数变化：
△C=CPan-CPa0；
步骤h，通过数据拟合获得探针角度与压力系数的关系式或关系曲线。
进一步的，所述的探针的前端为尖端结构。
进一步的，所述的连接装置为支撑杆。
进一步的，所述的风洞多自由度机构为角度控制机构。
本发明的实现的功能：本发明可以在当前试验条件下实施，而不需要为满足探针角度变化时测压孔位置必须保持在同一空间位置不变要求而额外设计专用装置，相对具有较强的灵活性。
本发明的有益效果：一是不需要设计专用装置，可以基于当前试验条件实施；二是通用性更好，对于测压孔位于不同空间位置的探针，可以基于同一套装置完成角度敏感性检测。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，（各非冲突选择）选择之间以及和其他选择之间也可以自由组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
附图说明
图1是现有技术示意图。
图2是本发明步骤c示意图。
图3是本发明步骤e示意图。
图中：1-探针，2-探针测压孔中心，3-机构旋转中心，4-支撑杆，5-角度控制机构，6-风洞。
具体实施方式
下列非限制性实施例用于说明本发明。
本发明主要是针对技术背景中探针的第二种用法实施，第一种用法的探针构型基本都保持一致，同时始终安装在风洞固定位置，没有改变空间位置的能力（本发明方法需要可改变探针空间位置的机构，如果第一种用法探针也采用本专利方法标定，反而要额外设计专用装置，这与当前方法并没有本质的区别）。
实施例1：
参考图2和图3所示，一种声爆试验探针角度敏感性快速标定方法，包括如下步骤：
步骤a，按照风洞试验要求将探针1通过连接装置与风洞多自由度机构连接，风洞多自由度机构控制探针1角度的调整；探针1的前端为尖端结构，连接装置为支撑杆4，风洞多自由度机构为角度控制机构5。
步骤b，通过实际测量获得探针测压孔中心2与机构旋转中心3之间的距离L。
步骤c，按给定的角度阶梯完成试验，获得探针1在不同角度阶梯α1、α2、α3···αn下的压力测值，通过无量纲化得到压力系数CP1、CP2、CP3、···CPn，此时，探针测压孔中心2不在机构旋转中心3时，随着探针角度αn变化，测压孔空间位置将发生改变，与角度为零时相比，分别在X向和Y向存在△X和△Y的位置变化。
△Xn=L-Lcosαn
△Yn=Lsinαn
步骤d，根据步骤b结果以及步骤c的试验角度，换算得到每个角度阶梯时探针测压孔中心2实际所处的空间位置坐标Pn（Xn，Yn）：
Xn=X0-△Xn
Yn=Y0-△Yn
其中，X0和Y0是指机构旋转中心点的空间位置坐标。
步骤e，以步骤d获得的空间位置坐标Pn（Xn，Yn）作为风洞试验变量，探针角度始终保持在0°开展风洞试验，获得探针在不同阶梯下的压力测值，通过无量纲化得到压力系数CPw1 、CPw2、CPw3、···CPwn，该结果可视为步骤c中探针1如果不变角度保持在0°时的无量纲化压力系数。
步骤f，将步骤e得到的压力系数一一对应的在步骤c结果中扣除，得到结果即为扣除空间位置影响由探针角度变化引起的无量纲化压力系数CPan。
CPan=CPn-CPwn，n=1、2、3、···；
步骤g，将步骤f中角度为0°时的无量纲化压力系数CPa0在其它角度对应结果中扣除，得到的结果即为单纯由探针角度变化引起的无量纲化压力系数变化。
△C=CPan-CPa0；
步骤h，通过数据拟合获得探针角度与压力系数的关系式或关系曲线。
本发明提供的方法已经在超声速风洞中应用，针对测压孔位于不同位置的三种探针利用同一套试验装置获得了各探针角度与压力系数的关系曲线。
前述本发明基本例及其各进一步选择例可以自由组合以形成多个实施例，均为本发明可采用并要求保护的实施例。本发明方案中，各选择例，与其他任何基本例和选择例都可以进行任意组合。
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 (4)

1.一种声爆试验探针角度敏感性快速标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤a，按照风洞试验要求将探针（1）通过连接装置与风洞多自由度机构连接，风洞多自由度机构控制探针（1）角度的调整；
步骤b，通过实际测量获得探针测压孔中心（2）与机构旋转中心（3）之间的距离L；
步骤c，按给定的角度阶梯完成试验，获得探针（1）在不同角度阶梯α1、α2、α3···αn下的压力测值，通过无量纲化得到压力系数CP1、CP2、CP3、···CPn，此时，探针测压孔中心（2）不在机构旋转中心（3）时，随着探针角度阶梯αn变化，测压孔空间位置将发生改变，与角度为零时相比，分别在X向和Y向存在△X和△Y的位置变化：
△Xn=L-Lcosαn
△Yn=Lsinαn；
步骤d，根据步骤b结果以及步骤c的角度阶梯，换算得到每个角度阶梯时探针测压孔中心（2）实际所处的空间位置坐标Pn（Xn，Yn）：
Xn=X0-△Xn
Yn=Y0-△Yn
其中，X0和Y0是指机构旋转中心点的空间位置坐标；
步骤e，以步骤d获得的空间位置坐标Pn（Xn，Yn）作为风洞试验变量，探针角度始终保持在0°开展风洞试验，获得探针在不同角度阶梯下的压力测值，通过无量纲化得到压力系数CPw1 、CPw2、CPw3、···CPwn，该结果可视为步骤c中探针（1）如果不变角度保持在0°时的无量纲化压力系数；
步骤f，将步骤e得到的压力系数一一对应的在步骤c结果中扣除，得到结果即为扣除空间位置影响由探针角度变化引起的无量纲化压力系数CPan：
CPan=CPn-CPwn，n=1、2、3、···；
步骤g，将步骤f中角度为0°时的无量纲化压力系数CPa0在其它角度对应结果中扣除，得到的结果即为单纯由探针角度变化引起的无量纲化压力系数变化：
△C=CPan-CPa0；
步骤h，通过数据拟合获得探针角度与压力系数的关系式或关系曲线。
2.根据权利要求1所述的声爆试验探针角度敏感性快速标定方法，其特征在于：所述的探针（1）的前端为尖端结构。
3.根据权利要求1所述的声爆试验探针角度敏感性快速标定方法，其特征在于：所述的连接装置为支撑杆（4）。
4.根据权利要求1所述的声爆试验探针角度敏感性快速标定方法，其特征在于：所述的风洞多自由度机构为角度控制机构（5）。
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