CN115575074B - 一种高速风洞通气模型内阻测量不确定度分析方法 - Google Patents

一种高速风洞通气模型内阻测量不确定度分析方法 Download PDF

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CN115575074B CN202211575688.7A CN202211575688A CN115575074B CN 115575074 B CN115575074 B CN 115575074B CN 202211575688 A CN202211575688 A CN 202211575688A CN 115575074 B CN115575074 B CN 115575074B
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Abstract

本发明属于实验空气动力学领域，公开了一种高速风洞通气模型内阻测量不确定度分析方法。本发明的高速风洞通气模型内阻测量不确定度分析方法包括以下步骤：安装通气模型；安装测压耙；连接压力测量设备；进行高速风洞试验；计算来流静压；计算内流道出口马赫数；计算高速风洞通气模型内阻测量不确定度。本发明的高速风洞通气模型内阻测量不确定度分析方法，能够提供可靠的内阻测量不确定度，进而提高高速风洞试验结果可靠性，具有工程应用价值。

Description

一种高速风洞通气模型内阻测量不确定度分析方法
技术领域
本发明属于实验空气动力学领域，具体涉及一种高速风洞通气模型内阻测量不确定度分析方法。
背景技术
众所周知，气动性能是评判飞行器性能的重要标准。对于具有复杂进排气系统的飞行器而言，在气动设计的早期就要对进排气系统外形进行优化设计，为了提高设计效率并降低设计成本，在工程上进排气系统外形的选型和优化都不考虑动力影响。为了尽可能保证飞行器内、外流场相似，目前多数飞行器在开展高速风洞试验时一般采用模拟内流道的通气模型，而不采用堵锥的形式，以减少内、外流场干扰。
在通气模型高速风洞试验中，内流道产生了一定的阻力，但在真实飞行器的阻力构成中，内流道壁面产生的阻力是不计入全机气动阻力里的，在进行全机升阻特性分析时应该扣除这部分阻力。因此，对于具有复杂进排气系统的飞行器模型，通常按照如下方式开展高速风洞测力试验：采用单天平测量全模气动力，同时测量通气模型内流道出口截面气流参数，根据管流动量变化确定作用在内流道壁面的非模拟力（内阻），并从全模气动力中扣除，从而得到待测飞行器气动特性。
根据管流动量变化确定内阻的试验方法，是通气模型测力试验的关键。然而，现有内阻测量方法均未对其测量结果的不确定度进行评估，导致无法评估高速风洞试验结果可靠性，进一步限制了飞行器升/阻力系数、舵面效率、部件特性等气动参数的可靠性评估，严重制约了飞行器的安全性与经济性。
当前，亟需发展一种高速风洞通气模型内阻测量不确定度分析方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是通过高速风洞试验，研究内阻测量结果不确定度评估方法，建立一种高速风洞通气模型内阻测量不确定度分析方法。
本发明的高速风洞通气模型内阻测量不确定度分析方法，包括以下步骤：
S10.安装通气模型；
将通气模型与天平、腹支撑装置连接，将腹支撑装置安装在高速风洞弯刀机构上；
S20.安装测压耙；
将假尾支安装在测力中部支架上，并将测压耙固定在假尾支上，保证测压耙的测压剖面与通气模型内流道出口截面重合；
S30.连接压力测量设备；
将测压耙的钢管通过软管连接到压力测量设备上；
S40.进行高速风洞试验；
开启高速风洞，在来流马赫数
Figure 662787DEST_PATH_IMAGE001
下，待流场稳定后，利用压力测量设备采集测压耙测量的通气模型的内流道出口总压
Figure 245078DEST_PATH_IMAGE002
和内流道出口静压
Figure 639151DEST_PATH_IMAGE003
，并同步测量风洞稳定段总压
Figure 332300DEST_PATH_IMAGE004
；
S50.计算来流静压
Figure 377485DEST_PATH_IMAGE005
；
根据来流马赫数
Figure 130678DEST_PATH_IMAGE001
和风洞稳定段总压
Figure 746467DEST_PATH_IMAGE004
，计算来流静压
Figure 243307DEST_PATH_IMAGE005
：
Figure 910043DEST_PATH_IMAGE006
；
S60.计算内流道出口马赫数
Figure 834137DEST_PATH_IMAGE007
；
根据内流道出口总压
Figure 937222DEST_PATH_IMAGE002
和内流道出口静压
Figure 237753DEST_PATH_IMAGE003
计算内流道出口马赫数
Figure 991952DEST_PATH_IMAGE007
：
当
Figure 86947DEST_PATH_IMAGE008
时，内流道出口处为亚声速流动，
Figure 677328DEST_PATH_IMAGE009
；
当
Figure 515971DEST_PATH_IMAGE010
时，内流道出口处为超声速流动，
Figure 888790DEST_PATH_IMAGE011
；
S70.计算高速风洞通气模型内阻测量不确定度
Figure 154686DEST_PATH_IMAGE012
；
根据高速风洞通气模型内阻计算公式：
Figure 232364DEST_PATH_IMAGE013
计算高速风洞通气模型内阻测量不确定度为：
Figure 609118DEST_PATH_IMAGE014
式中：
Figure 337909DEST_PATH_IMAGE015
为通气模型内阻，
Figure 977969DEST_PATH_IMAGE016
为通气模型内流道出口面积，
Figure 339680DEST_PATH_IMAGE012
为
Figure 520126DEST_PATH_IMAGE015
的不确定度，
Figure 870467DEST_PATH_IMAGE017
为
Figure 478166DEST_PATH_IMAGE001
的不确定度，
Figure 264856DEST_PATH_IMAGE018
为
Figure 248992DEST_PATH_IMAGE007
的不确定度，
Figure 155637DEST_PATH_IMAGE019
为
Figure 934238DEST_PATH_IMAGE005
的不确定度，
Figure 208224DEST_PATH_IMAGE020
为
Figure 527210DEST_PATH_IMAGE003
的不确定度。
进一步地，所述的步骤S70的计算高速风洞通气模型内阻测量不确定度
Figure 786897DEST_PATH_IMAGE012
中的各单项不确定度的计算方法如下：
S71.
Figure 736398DEST_PATH_IMAGE021
的计算方法；
Figure 763260DEST_PATH_IMAGE017
由高速风洞马赫数控制精度给出，对应的系数
Figure 72887DEST_PATH_IMAGE021
计算方法如下：
Figure 501595DEST_PATH_IMAGE022
；
S72.
Figure 621997DEST_PATH_IMAGE023
的计算方法；
Figure 870576DEST_PATH_IMAGE018
由下式给出：
Figure 531365DEST_PATH_IMAGE024
，
其中，
Figure 565311DEST_PATH_IMAGE025
为
Figure 856615DEST_PATH_IMAGE002
的不确定度，
Figure 326911DEST_PATH_IMAGE025
由测量内流道出口总压
Figure 994652DEST_PATH_IMAGE002
的压力传感器的量程
Figure 381640DEST_PATH_IMAGE026
和精度决定，
Figure 843845DEST_PATH_IMAGE027
；
Figure 863754DEST_PATH_IMAGE020
由测量内流道出口静压
Figure 191312DEST_PATH_IMAGE003
的压力传感器的量程
Figure 183538DEST_PATH_IMAGE028
和精度决定，
Figure 65913DEST_PATH_IMAGE029
；
当
Figure 245221DEST_PATH_IMAGE008
时，
Figure 254766DEST_PATH_IMAGE030
；
所以：
Figure 898236DEST_PATH_IMAGE031
；
当
Figure 718556DEST_PATH_IMAGE010
时，
Figure 650740DEST_PATH_IMAGE032
所以：
Figure 463975DEST_PATH_IMAGE033
，
其中，
Figure 165215DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 389392DEST_PATH_IMAGE018
对应的系数
Figure 808872DEST_PATH_IMAGE023
计算方法如下：
Figure 160219DEST_PATH_IMAGE035
；
S73.
Figure 981544DEST_PATH_IMAGE036
的计算方法；
Figure 164174DEST_PATH_IMAGE019
由下式给出：
Figure 867688DEST_PATH_IMAGE037
，
其中，风洞稳定段总压
Figure 22726DEST_PATH_IMAGE004
的不确定度
Figure 698558DEST_PATH_IMAGE038
由测量
Figure 280849DEST_PATH_IMAGE004
的压力传感器的量程
Figure 924189DEST_PATH_IMAGE039
和精度决定，
Figure 351759DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 147677DEST_PATH_IMAGE017
由高速风洞马赫数控制精度给出：
Figure 635290DEST_PATH_IMAGE041
；
所以：
Figure 313396DEST_PATH_IMAGE042
；
Figure 233073DEST_PATH_IMAGE019
对应的系数
Figure 883497DEST_PATH_IMAGE036
计算方法如下：
Figure 56858DEST_PATH_IMAGE043
；
S74.
Figure 159943DEST_PATH_IMAGE044
的计算方法；
Figure 991633DEST_PATH_IMAGE020
对应的系数
Figure 762143DEST_PATH_IMAGE044
计算方法如下：
Figure 591559DEST_PATH_IMAGE045
。
本发明的高速风洞通气模型内阻测量不确定度分析方法，能够提供可靠的内阻测量不确定度，进而提高高速风洞试验结果可靠性，具有工程应用价值。
附图说明
图1为本发明的高速风洞通气模型内阻测量不确定度分析方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
实施例1
如图1所示，本实施例的高速风洞通气模型内阻测量不确定度分析方法，包括以下步骤：
S10.安装通气模型；
将通气模型与天平、腹支撑装置连接，将腹支撑装置安装在高速风洞弯刀机构上；
S20.安装测压耙；
将假尾支安装在测力中部支架上，并将测压耙固定在假尾支上，保证测压耙的测压剖面与通气模型内流道出口截面重合；
S30.连接压力测量设备；
将测压耙的钢管通过软管连接到压力测量设备上；
S40.进行高速风洞试验；
开启高速风洞，在来流马赫数
Figure 929743DEST_PATH_IMAGE001
下，待流场稳定后，利用压力测量设备采集测压耙测量的通气模型的内流道出口总压
Figure 768386DEST_PATH_IMAGE002
和内流道出口静压
Figure 393402DEST_PATH_IMAGE003
，并同步测量风洞稳定段总压
Figure 456036DEST_PATH_IMAGE004
；
S50.计算来流静压
Figure 533713DEST_PATH_IMAGE005
；
根据来流马赫数
Figure 159736DEST_PATH_IMAGE001
和风洞稳定段总压
Figure 373679DEST_PATH_IMAGE004
，计算来流静压
Figure 810477DEST_PATH_IMAGE005
：
Figure 375450DEST_PATH_IMAGE006
；
S60.计算内流道出口马赫数
Figure 352634DEST_PATH_IMAGE007
；
根据内流道出口总压
Figure 437396DEST_PATH_IMAGE002
和内流道出口静压
Figure 45094DEST_PATH_IMAGE003
计算内流道出口马赫数
Figure 831785DEST_PATH_IMAGE007
：
当
Figure 815921DEST_PATH_IMAGE008
时，内流道出口处为亚声速流动，
Figure 253725DEST_PATH_IMAGE009
；
当
Figure 32325DEST_PATH_IMAGE010
时，内流道出口处为超声速流动，
Figure 368628DEST_PATH_IMAGE011
；
S70.计算高速风洞通气模型内阻测量不确定度
Figure 890877DEST_PATH_IMAGE012
；
根据高速风洞通气模型内阻计算公式：
Figure 199498DEST_PATH_IMAGE013
计算高速风洞通气模型内阻测量不确定度为：
Figure 896802DEST_PATH_IMAGE046
式中：
Figure 923664DEST_PATH_IMAGE015
为通气模型内阻，
Figure 718445DEST_PATH_IMAGE016
为通气模型内流道出口面积，
Figure 881573DEST_PATH_IMAGE012
为
Figure 516822DEST_PATH_IMAGE015
的不确定度，
Figure 562139DEST_PATH_IMAGE017
为
Figure 426190DEST_PATH_IMAGE001
的不确定度，
Figure 709403DEST_PATH_IMAGE018
为
Figure 708DEST_PATH_IMAGE007
的不确定度，
Figure 221736DEST_PATH_IMAGE019
为
Figure 889477DEST_PATH_IMAGE005
的不确定度，
Figure 27198DEST_PATH_IMAGE020
为
Figure 286141DEST_PATH_IMAGE003
的不确定度。
进一步地，所述的步骤S70的计算高速风洞通气模型内阻测量不确定度
Figure 509311DEST_PATH_IMAGE012
中的各单项不确定度的计算方法如下：
S71.
Figure 964432DEST_PATH_IMAGE021
的计算方法；
Figure 956659DEST_PATH_IMAGE017
由高速风洞马赫数控制精度给出，对应的系数
Figure 589766DEST_PATH_IMAGE021
计算方法如下：
Figure 565812DEST_PATH_IMAGE047
；
S72.
Figure 57580DEST_PATH_IMAGE023
的计算方法；
Figure 904313DEST_PATH_IMAGE018
由下式给出：
Figure 708321DEST_PATH_IMAGE024
，
其中，
Figure 906084DEST_PATH_IMAGE025
为
Figure 703008DEST_PATH_IMAGE002
的不确定度，
Figure 669827DEST_PATH_IMAGE025
由测量内流道出口总压
Figure 910315DEST_PATH_IMAGE002
的压力传感器的量程
Figure 329795DEST_PATH_IMAGE026
和精度决定，
Figure 477880DEST_PATH_IMAGE027
；
Figure 49938DEST_PATH_IMAGE020
由测量内流道出口静压
Figure 461328DEST_PATH_IMAGE003
的压力传感器的量程
Figure 102525DEST_PATH_IMAGE028
和精度决定，
Figure 991983DEST_PATH_IMAGE029
；
当
Figure 182662DEST_PATH_IMAGE008
时，
Figure 561691DEST_PATH_IMAGE030
；
所以：
Figure 955763DEST_PATH_IMAGE031
；
当
Figure 648912DEST_PATH_IMAGE010
时，
Figure 913672DEST_PATH_IMAGE032
所以：
Figure 414667DEST_PATH_IMAGE033
，
其中，
Figure 296035DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 792876DEST_PATH_IMAGE018
对应的系数
Figure 240037DEST_PATH_IMAGE023
计算方法如下：
Figure 898552DEST_PATH_IMAGE048
；
S73.
Figure 516484DEST_PATH_IMAGE036
的计算方法；
Figure 285857DEST_PATH_IMAGE019
由下式给出：
Figure 56367DEST_PATH_IMAGE037
，
其中，风洞稳定段总压
Figure 151362DEST_PATH_IMAGE004
的不确定度
Figure 492475DEST_PATH_IMAGE038
由测量
Figure 331118DEST_PATH_IMAGE004
的压力传感器的量程
Figure 690556DEST_PATH_IMAGE039
和精度决定，
Figure 753189DEST_PATH_IMAGE040
，
Figure 830867DEST_PATH_IMAGE017
由高速风洞马赫数控制精度给出：
Figure 722468DEST_PATH_IMAGE041
；
所以：
Figure 936412DEST_PATH_IMAGE042
；
Figure 373210DEST_PATH_IMAGE019
对应的系数
Figure 938183DEST_PATH_IMAGE036
计算方法如下：
Figure 915366DEST_PATH_IMAGE043
；
S74.
Figure 997199DEST_PATH_IMAGE044
的计算方法；
Figure 604897DEST_PATH_IMAGE020
对应的系数
Figure 657167DEST_PATH_IMAGE044
计算方法如下：
Figure 110145DEST_PATH_IMAGE045
。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，本发明公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合，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)

1.一种高速风洞通气模型内阻测量不确定度分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10.安装通气模型；
将通气模型与天平、腹支撑装置连接，将腹支撑装置安装在高速风洞弯刀机构上；
S20.安装测压耙；
将假尾支安装在测力中部支架上，并将测压耙固定在假尾支上，保证测压耙的测压剖面与通气模型内流道出口截面重合；
S30.连接压力测量设备；
将测压耙的钢管通过软管连接到压力测量设备上；
S40.进行高速风洞试验；
开启高速风洞，在来流马赫数
Figure QLYQS_1
下，待流场稳定后，利用压力测量设备采集测压耙测量的通气模型的内流道出口总压
Figure QLYQS_2
和内流道出口静压
Figure QLYQS_3
，并同步测量风洞稳定段总压
Figure QLYQS_4
；
S50.计算来流静压
Figure QLYQS_5
；
根据来流马赫数
Figure QLYQS_6
和风洞稳定段总压
Figure QLYQS_7
，计算来流静压
Figure QLYQS_8
：
Figure QLYQS_9
；
S60.计算内流道出口马赫数
Figure QLYQS_10
；
根据内流道出口总压
Figure QLYQS_11
和内流道出口静压
Figure QLYQS_12
计算内流道出口马赫数
Figure QLYQS_13
：
当
Figure QLYQS_14
时，内流道出口处为亚声速流动，
Figure QLYQS_15
；
当
Figure QLYQS_16
时，内流道出口处为超声速流动，
Figure QLYQS_17
；
S70.计算高速风洞通气模型内阻测量不确定度
Figure QLYQS_18
；
根据高速风洞通气模型内阻计算公式：
Figure QLYQS_19
计算高速风洞通气模型内阻测量不确定度为：
Figure QLYQS_20
式中：
Figure QLYQS_23
为通气模型内阻，
Figure QLYQS_27
为通气模型内流道出口面积，
Figure QLYQS_30
为
Figure QLYQS_24
的不确定度，
Figure QLYQS_26
为
Figure QLYQS_31
的不确定度，
Figure QLYQS_32
为
Figure QLYQS_21
的不确定度，
Figure QLYQS_25
为
Figure QLYQS_28
的不确定度，
Figure QLYQS_29
为
Figure QLYQS_22
的不确定度；
高速风洞通气模型内阻测量不确定度
Figure QLYQS_33
中的各单项不确定度的计算方法如下：
Figure QLYQS_34
；
S71.
Figure QLYQS_35
的计算方法；
Figure QLYQS_36
由高速风洞马赫数控制精度给出，对应的系数
Figure QLYQS_37
计算方法如下：
Figure QLYQS_38
；
S72.
Figure QLYQS_39
的计算方法；
Figure QLYQS_40
由下式给出：
Figure QLYQS_41
，
其中，
Figure QLYQS_43
为
Figure QLYQS_46
的不确定度，
Figure QLYQS_49
由测量内流道出口总压
Figure QLYQS_44
的压力传感器的量程
Figure QLYQS_47
和精度决定，
Figure QLYQS_50
；
Figure QLYQS_51
由测量内流道出口静压
Figure QLYQS_42
的压力传感器的量程
Figure QLYQS_45
和精度决定，
Figure QLYQS_48
；
当
Figure QLYQS_52
时，
Figure QLYQS_53
；
所以：
Figure QLYQS_54
当
Figure QLYQS_55
时，
Figure QLYQS_56
所以：
Figure QLYQS_57
其中，
Figure QLYQS_58
，
Figure QLYQS_59
对应的系数
Figure QLYQS_60
计算方法如下：
Figure QLYQS_61
；
S73.
Figure QLYQS_62
的计算方法；
Figure QLYQS_63
由下式给出：
Figure QLYQS_64
，
其中，风洞稳定段总压
Figure QLYQS_65
的不确定度
Figure QLYQS_66
由测量
Figure QLYQS_67
的压力传感器的量程
Figure QLYQS_68
和精度决定，
Figure QLYQS_69
，
Figure QLYQS_70
由高速风洞马赫数控制精度给出：
Figure QLYQS_71
；
所以：
Figure QLYQS_72
Figure QLYQS_73
对应的系数
Figure QLYQS_74
计算方法如下：
Figure QLYQS_75
；
S74.
Figure QLYQS_76
的计算方法；
Figure QLYQS_77
对应的系数
Figure QLYQS_78
计算方法如下：
Figure QLYQS_79
。
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