CN115575082A - 一种风洞变密度试验风速测量装置、方法及风洞试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于风洞试验技术领域,提供了一种风洞变密度试验风速测量装置、方法及风洞试验方法,采用分别适用于低风速测量的第二测速装置和适用于高风速测量的第一测量装置相结合的方法和装置对整个风洞试验过程进行风速测量,通过合理地选择两种测速装置的传感器的量程和精度,可以有效地保证整个试验过程的风速测量的准确性,为提高试验效率和提高试验精度都奠定了基础。
Description
技术领域
本发明涉及风洞试验技术领域,尤其是涉及一种风洞变密度试验风速测量装置、方法及风洞试验方法。
背景技术
结冰风洞是一座回流式多功能型风洞,主要用于开展飞行器结冰试验和防除冰验证试验,另外其具有试验风速范围广、变密度环境等特点,还可进行常规的空气动力试验和特殊的带高空低密度空气动力试验。随着我国航空技术的不断发展,先进飞行器工作要求趋于全气候及环境,已有许多飞行器工作环境要求万米高度且低速巡航,为推进相关技术研究工作的开展,低密度高空低速飞行环境和常规飞行高度环境模拟是基础,所以结冰风洞变密度试验的风速测量非常关键。
但是在进行了真实试验后,结果表明不同高度模拟情况和风速之间有着关联,高度的变化是环境中气体稀薄程度的体现,低密度万米高空的环境压力低至15kPa以下,对风速的测量影响较大,并且又在低速工作状态下,风速的获取难度又会增大,因此既要确保常规高度的风速测量,又要精确测量低密度环境的低风速,对结冰风洞开展相关的试验有着重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种风洞变密度试验风速测量装置、方法及风洞试验方法,本申请设置了第一测速装置用于测量高速风速,第二测速装置用于测量低速风速,将两个测速装置联合使用,达到设定条件时进行切换,如此可以保证整个测速装置适用于风速变化的整个风洞试验,并且测量精度高。
本发明一方面提供一种风洞变密度试验风速测量装置,在风洞试验段的侧壁上分别设置静压孔、总压孔、第一测速装置和第二测速装置;
所述第一测速装置包括经引气管依次连接的第一绝压传感器、第一开关和第二绝压传感器,所述第一绝压传感器经引气管连接所述静压孔,所述第二绝压传感器经引气管连接所述总压孔;
所述第二测速装置包括第二开关和差压传感器,所述第二开关设置在所述第一开关和所述第二绝压传感器之间,或,所述第二开关设置在所述第一开关和所述第一绝压传感器之间;所述差压传感器经引气管与所述第二开关并联;
所述差压传感器的量程小于所述第一绝压传感器和第二绝压传感器的量程,并且所述所述差压传感器的精度高于所述第一绝压传感器和第二绝压传感器的精度;
所述第一开关和第二开关用于导通或阻断引气管通路。
本申请第二方面提供一种风洞变密度试验风速测量方法,采用如前所述的一种风洞变密度试验风速测量装置,包括如下步骤:
S10. 设定试验目标参数,所述试验目标参数包括目标风速v 0;
S20. 启动风洞试验;
S30. 开启第一测速装置或第二测速装置测量实时风速:
当v 0>A,则开启第一测速装置测量实时风速v;若v≦A,则切换为第二测速装置测量实时风速v;A为设定阈值;
当v 0≦A,则开启第二测速装置测量实时风速v;若v>A,则切换为第一测速装置测量实时风速v;
所述开启第一测速装置具体为:所述第一开关断开,所述第二开关导通,所述第一绝压传感器测量静压Ps,所述第二绝压传感器测量总压P t ;
本申请第三方面还提供一种风洞试验方法,包括如下步骤:
L01. 设定试验目标;
L02. 采用如前所述的风洞变密度试验风速测量方法测量实时风速;
L03. 等待环境参数稳定后,采集试验数据;
L04. 若试验状态改变,返回步骤L01;
L05. 试验结束。
采用本申请的一种风洞变密度试验风速测量装置、方法及风洞试验方法,相对于现有技术,至少具有以下有益效果:
本申请通过分析采用一种测速装置存在测量波动大和测量不准确的问题所产生的原因,提出了采用分别适用于低风速测量的第二测速装置和适用于高风速测量的第一测量装置相结合的方法和装置对整个风洞试验过程进行风速测量,通过合理地选择两种测速装置的传感器的量程和精度,可以有效地保证整个试验过程的风速测量的准确性。
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的一种风洞变密度试验风速测量装置的结构示意图;
图2是本发明实施例2的一种风洞变密度试验风速测量方法的流程示意图;
图3是本发明实施例3的一种风洞试验方法的流程示意图。
图中,00-风洞试验段,01-温度传感器,02-静压孔,03-总压孔,04-第一绝压传感器,05-第二绝压传感器,06-第一开关,07-第二开关,08-差压传感器。
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
一种风洞变密度试验风速测量装置,如图1所示,在风洞试验段00的侧壁上分别设置静压孔02、总压孔03、第一测速装置和第二测速装置;值得说明的是,静压孔02和总压孔03可以设置在风洞试验段的同一侧壁上,也可以设置在不同的侧壁上,例如在前后相对的两面侧壁上,具体设置位置不作限制,只要不是重合的位置即可。
所述第一测速装置包括经引气管依次连接的第一绝压传感器04、第一开关06和第二绝压传感器05,所述第一绝压传感器04经引气管连接所述静压孔02,所述第二绝压传感器05经引气管连接所述总压孔03;
所述第二测速装置包括第二开关07和差压传感器08,所述第二开关07设置在所述第一开关06和所述第二绝压传感器05之间,或,所述第二开关07设置在所述第一开关06和所述第一绝压传感器04之间;所述差压传感器08经引气管与所述第二开关07并联;也就是说,第一开关06可以设置在靠近第一绝压传感器04一侧,也可以设置在靠近第二绝压传感器05一侧,并不影响本发明实施例的效果,两种设置方式的控制策略是相同的。
所述差压传感器08的量程小于所述第一绝压传感器04和第二绝压传感器05的量程,并且所述所述差压传感器08的精度高于所述第一绝压传感器04和第二绝压传感器的精度05;所述第一开关06和第二开关07用于导通或阻断引气管通路。
也就是说,相当于在静压孔02和总压孔03之间设置了一个引气管,在该引气管上依次设置了第一绝压传感器04、第一开关06、第二开关07(或第一开关06和第二开关07交换位置)、第二绝压传感器05,并且差压传感器08与第二开关07并联。其中,第一开关06和第二开关07用于导通或阻断引气管的通路,作为优选,将第一开关和第二开关设置为电磁阀。
值得说明的是,申请人在长期的试验过程中发现,如果单独采用第一测速装置或第二测速装置进行风速测量,会存在以下问题:当风速变化范围比较大时,所测得的风速波动较大,或者直接测不到,导致测量误差很大。通过探索分析,申请人发现是由于传感器的量程和精度不匹配,使得测量得到的风速波动太大,并且测量结果不准确。例如,如果单独采用第一测速装置测量,由于绝压传感器的量程较大,无法精确地测量得到低风速;如果单独采用第二测速装置,虽然能精确测量得到低风速,但在风速较大时,气体存在压缩,传感器的精度达不到,不能准确地得到高风速。也就是说,第一测量装置适用于高风速的测量,第二测量装置适用于低风速的测量。因此,申请人提出将第一测速装置和第二测速装置结合在一起使用,当风速大于设定阈值时采用第一测量装置测量,当风速小于等于设定阈值时采用第二测量装置测量,详情参见实施例2部分,第一测速装置的第一绝压传感器、第二绝压传感器与第二测速装置的差压传感器的量程和精度需要根据经验进行匹配,使得所述差压传感器08的量程小于所述第一绝压传感器04和第二绝压传感器05的量程,并且所述所述差压传感器08的精度高于所述第一绝压传感器04和第二绝压传感器的精度05。
作为优选,在风洞试验段00内还设置有温度传感器01,用于测量风洞试验段内的流场的温度。
实施例2
本实施例提供一种风洞变密度试验风速测量方法,采用实施例1中一种风洞变密度试验风速测量装置,包括以下步骤,如图2所示:
S10. 设定试验目标参数,所述试验目标参数包括目标风速v 0;
S20. 启动风洞试验;
S30. 开启第一测速装置或第二测速装置测量实时风速:
当v 0>A,则开启第一测速装置测量实时风速v;若v≦A,则切换为第二测速装置测量实时风速v;A为设定阈值;
当v 0≦A,则开启第二测速装置测量实时风速v;若v>A,则切换为第一测速装置测量实时风速v;
也就是说,初始状态下,根据目标风速来确定开启第一测速装置还是第二测速装置,随后,根据第一测速装置或第二测速装置测得的风速来判断是否需要切换测速装置,需要切换时直接切换,无需切换时就一直使用所选用的测速装置。
所述开启第一测速装置具体为:所述第一开关断开,所述第二开关导通,所述第一绝压传感器测量静压Ps,所述第二绝压传感器测量总压P t ;
作为优选,当由所述第一测速装置切换为所述第二测速装置时,先断开所述第二开关,再导通所述第一开关,这样可以在切换过程中保护差压传感器不超量程,以获得数值稳定且准确的风速。
采用第一测速装置测量实时测量风速v时,风速v的计算如下:
其中,Ma为马赫数,T o 为采用所述温度传感器测量得到的环境温度,T s 为静温;
采用第二测速装置测量实时风速v时,风速v的计算如下:
作为优选,在步骤S20之前和/或试验结束后,还包括以下步骤:断开所述第一开关,导通所述第二开关。也就是说,在试验开始前和/或试验结束后通过断开第一开关,导通第二开关,可以保护差压传感器,避免差压传感器超量程而损坏。
第一绝压传感器和第二绝压传感器是用于测量气体压力的绝对值的传感器,差压差压传感器用于测量总、静压的差值。本实施例中,设定阈值为20m/s,第一绝压传感器和第二绝压传感器选用量程为0-150kpa,精度为FS0.04%,误差为60Pa的绝压传感器;差压差压传感器选用量程为2kPa,精度为FS0.075%,误差为1.5Pa的差压传感器,差压传感器分为高值端H和低值端L,H连接总压孔端,L连接静压孔端。其中,FS为满量程。
由此,本实施例通过设置两种测速装置,当风速较大时采用第一测速装置,风速较小时采用第二测速装置,并且在试验过程中,随着试验条件的变化,两个测速装置可以根据实时测得的风速进行合理的切换,始终采用最合适的测速装置,对风速进行实时准确的测量。从而使得整个试验过程都能准确测量风速,为提高试验效率和提高试验精度都奠定了基础。
实施例3
本实施例是采用实施例2的风速测量方法进行风洞试验,如图3所示,一种风洞试验方法,包括如下步骤:
L01. 设定试验目标;
通常情况下,试验目标包括试验条件,例如风速、高度、温度等,以及测试参数等;
L02. 采用如实施例2的风洞变密度试验风速测量方法测量实时风速;
L03. 等待环境参数稳定后,采集试验数据;环境参数包括风速、高度、温度等参数稳定。即试验环境稳定后,开始进行试验数据采集;
L04. 若试验状态改变,返回步骤L01;
也就是说,在试验过程中,可以改变试验条件,只需要返回步骤L01,重新设定试验条件即可。
L05. 试验结束。
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 (10)
1.一种风洞变密度试验风速测量装置,其特征在于,在风洞试验段的侧壁上分别设置静压孔、总压孔、第一测速装置和第二测速装置;
所述第一测速装置包括经引气管依次连接的第一绝压传感器、第一开关和第二绝压传感器,所述第一绝压传感器经引气管连接所述静压孔,所述第二绝压传感器经引气管连接所述总压孔;
所述第二测速装置包括第二开关和差压传感器,所述第二开关设置在所述第一开关和所述第二绝压传感器之间,或,所述第二开关设置在所述第一开关和所述第一绝压传感器之间;所述差压传感器经引气管与所述第二开关并联;
所述差压传感器的量程小于所述第一绝压传感器和第二绝压传感器的量程,并且所述差压传感器的精度高于所述第一绝压传感器和第二绝压传感器的精度;
所述第一开关和第二开关用于导通或阻断引气管通路。
2.根据权利要求1所述的一种风洞变密度试验风速测量装置,其特征在于,在所述风洞试验段内还设置有温度传感器。
3.根据权利要求2所述的一种风洞变密度试验风速测量装置,其特征在于,还包括控制器,所述控制器分别连接第一绝压传感器、第一开关、第二开关、第二绝压传感器、差压传感器和温度传感器。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种风洞变密度试验风速测量装置,其特征在于,所述第一开关和所述第二开关为电磁阀。
5.一种风洞变密度试验风速测量方法,其特征在于,采用如权利要求1-4任一所述的一种风洞变密度试验风速测量装置,包括如下步骤:
S10. 设定试验目标参数,所述试验目标参数包括目标风速v 0;
S20. 启动风洞试验;
S30. 开启第一测速装置或第二测速装置测量实时风速v:
当v 0>A,则开启第一测速装置测量实时风速v;若v≦A,则切换为第二测速装置测量实时风速v;A为设定阈值;
当v 0≦A,则开启第二测速装置测量实时风速v;若v>A,则切换为第一测速装置测量实时风速v;
开启第一测速装置具体为:所述第一开关断开,所述第二开关导通,所述第一绝压传感器测量静压Ps,所述第二绝压传感器测量总压P t ;
7.根据权利要求6所述的一种风洞变密度试验风速测量方法,其特征在于,所述步骤S20之前和/或试验结束后,还包括以下步骤:断开所述第一开关,导通所述第二开关。
8.根据权利要求5-7任一所述的一种风洞变密度试验风速测量方法,其特征在于,步骤S30中,当由所述第一测速装置切换为所述第二测速装置时,先断开所述第二开关,再导通所述第一开关。
9.根据权利要求8所述的一种风洞变密度试验风速测量方法,其特征在于,所述设定阈值A根据所述差压传感器、所述第一绝压传感器和所述第二绝压传感器的量程和精度确定。
10.一种风洞试验方法,其特征在于,包括如下步骤:
L01. 设定试验目标;
L02. 采用如权利要求5-9任一所述的风洞变密度试验风速测量方法测量实时风速;
L03. 等待环境参数稳定后,采集试验数据;
L04. 若试验状态改变,返回步骤L01;
L05. 试验结束。
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