CN116108706A - 一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法 - Google Patents

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Abstract

一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法，属于风洞运行与流场控制研究领域。为达到风洞环缝式调压阀预置开度选取合理、风洞流场快速建立的目的。本发明根据环缝式调压阀的阀芯外径、环缝式调压阀的阀芯行程与型面母线坐标，拟合得到环缝式调压阀的阀芯行程与环缝式调压阀节流喉道面积的多项式，基于得到的环缝式调压阀的阀芯行程与环缝式调压阀节流喉道面积的多项式，构建环缝式调压阀预置开度机理模型；计算环缝式调压阀的预置开度；根据得到的环缝式调压阀的预置开度，执行流场控制，并通过运行数据对环缝式调压阀的预置开度进行修正，直到风洞试验结束。本发明快速适应各类工况条件，改善风洞流场控制指标，提高试验效率。

Description

一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法
技术领域
本发明属于风洞运行与流场控制技术领域，具体涉及一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法。
背景技术
暂冲式风洞的驱动形式是通过调节风洞环缝式调压阀，令事先储存在气罐内的压缩空气进入风洞，提供风洞运行所需要的压力比。为降低能源消耗、增加有效试验运行时间，风洞应快速建立流场，目前流场控制采用开-闭环结合的控制策略，即先将风洞环缝式调压阀固定于预置开度，令流场快速接近稳定，再切换闭环控制进行精确调节。其中，风洞环缝式调压阀预置开度的选取决定了流场的建立速度，但目前风洞环缝式调压阀预置开度的选取多依赖人工经验，缺少对不同工况的适应性，同时，因不同工程师个体差异，风洞环缝式调压阀预置开度的选取结果往往不甚理想。
发明内容
本发明要解决的问题是达到风洞环缝式调压阀预置开度选取合理、风洞流场快速建立的目的，提出一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法，包括如下步骤：
S1、根据环缝式调压阀的阀芯外径、环缝式调压阀的阀芯行程与型面母线坐标，拟合得到环缝式调压阀的阀芯行程与环缝式调压阀节流喉道面积的多项式；
S2、基于步骤S1得到的环缝式调压阀的阀芯行程与环缝式调压阀节流喉道面积的多项式，构建环缝式调压阀预置开度机理模型；
S3、基于步骤S2得到的环缝式调压阀预置开度机理模型，计算环缝式调压阀的预置开度；
S4、根据步骤S3得到的环缝式调压阀的预置开度，执行流场控制，并通过运行数据对环缝式调压阀的预置开度进行修正，直到风洞试验结束。
进一步的，步骤S1中所述环缝式调压阀的阀芯行程S与环缝式调压阀节流喉道面积的多项式为：
；
其中，为多项式中的第 i项的系数， n为多项式的项数，为的 i次方。
进一步的，步骤S2的具体实现方法包括如下步骤：
S2.1、根据流量守恒定律，风洞中的气源压力为的计算公式为：
；
其中，A为风洞试验段入口的流通面积，为风洞总压，为风洞调压阀节流喉道位置的流量函数，为风洞试验段入口的流量函数；
与马赫数M具有以下计算公式：
；
S2.2、通过步骤S2.1的计算公式，可得试验段达到风洞总压及马赫数M时的环缝式调压阀节流喉道面积的机理模型的计算公式为：
；
其中，为环缝式调压阀节流喉道面积；
S2.3、将步骤S2.2得到的表达式和步骤S1得到的多项式结合，得到环缝式调压阀预置开度机理模型，表达式为：
；
其中，为环缝式调压阀的阀芯最大行程，为调压阀预置开度，为多项式中的第 i项的系数。
进一步的，步骤S3中基于步骤S2得到的环缝式调压阀预置开度机理模型，计算环缝式调压阀的预置开度，在风洞超声速工况计算参数选择方式为：总压设置为试验目标总压，马赫数设置为常量，流场建立后马赫数设置为流场校测得的试验马赫数。
进一步的，步骤S3中基于步骤S2得到的环缝式调压阀预置开度机理模型，计算环缝式调压阀的预置开度，在风洞亚跨声速工况计算参数选择方式为：当使用栅指二喉道节流方式进行试验时，总压设置为试验目标总压，马赫数设置为试验目标马赫数。
进一步的，步骤S3中基于步骤S2得到的环缝式调压阀预置开度机理模型，计算环缝式调压阀的预置开度，在风洞亚跨声速工况计算参数选择方式为：当使用常规方式进行试验时，马赫数设置为试验目标马赫数，总压设置为马赫数的相关量，根据流场校测标模试验数据拟合得到其关系式为：
；
其中，为马赫数M的函数。
进一步的，步骤S4以步骤S3得的环缝式调压阀的预置开度时间序列为输入、以试验测试的环缝式调压阀的预置开度时间序列为输出进行数据拟合，理论计算开度与实际开度接近线性关系，得到修正公式为：
；
其中，为修正后的环缝式调压阀的预置开度，为拟合得到的一次项修正系数，为拟合得到的常数项修正系数；
通过多次迭代修正，得到修正后的环缝式调压阀的预置开度。
本发明的有益效果为：
本发明所述的一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法，可通过工况参数与调压阀结构特征估算风洞调压阀预置开度，避免个人经验影响开度选取结果，该估算方法可通过计算机便捷实现。
本发明所述的一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法，结合了机理模型与运行数据，通过机理模型得到适用于各类工况的预置开度估算结果，通过运行数据对估算式不断进行迭代修正，从而获得更为准确的风洞调压阀预置开度。
本发明所述的一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法，实现了暂冲式风洞调压阀预置开度的自动化获取，可快速适应各类工况条件，改善风洞流场控制指标，提高试验效率。
附图说明
图1为本发明所述的一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的具体实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的具体实施方式。通常在此处附图中描述和展示的本发明具体实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，本发明还可以具有其他实施方式。
因此，以下对在附图中提供的本发明的具体实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定具体实施方式。基于本发明的具体实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他具体实施方式，都属于本发明保护的范围。
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下具体实施方式，并配合附图1详细说明如下：
具体实施方式一：
一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法，包括如下步骤：
S1、根据环缝式调压阀的阀芯外径、环缝式调压阀的阀芯行程与型面母线坐标，拟合得到环缝式调压阀的阀芯行程与环缝式调压阀节流喉道面积的多项式；
进一步的，步骤S1中所述环缝式调压阀的阀芯行程S与环缝式调压阀节流喉道面积的多项式为：
；
其中，为多项式中的第项的系数，为多项式的项数，为的次方；
S2、基于步骤S1得到的环缝式调压阀的阀芯行程与环缝式调压阀节流喉道面积的多项式，构建环缝式调压阀预置开度机理模型；
进一步的，步骤S2的具体实现方法包括如下步骤：
S2.1、根据流量守恒定律，风洞中的气源压力为的计算公式为：
；
其中，A为风洞试验段入口的流通面积，为风洞总压，为风洞调压阀节流喉道位置的流量函数，为风洞试验段入口的流量函数；
与马赫数M具有以下计算公式：
；
S2.2、通过步骤S2.1的计算公式，可得试验段达到风洞总压及马赫数M时的环缝式调压阀节流喉道面积的机理模型的计算公式为：
；
其中，为环缝式调压阀节流喉道面积；
S2.3、将步骤S2.2得到的表达式和步骤S1得到的多项式结合，得到环缝式调压阀预置开度机理模型，表达式为：
；
其中，为环缝式调压阀的阀芯最大行程，为调压阀预置开度，为多项式中的第 i项的系数；
S3、基于步骤S2得到的环缝式调压阀预置开度机理模型，计算环缝式调压阀的预置开度；
进一步的，步骤S3中基于步骤S2得到的环缝式调压阀预置开度机理模型，计算环缝式调压阀的预置开度，在风洞超声速工况计算参数选择方式为：总压设置为试验目标总压，马赫数设置为常量，流场建立后马赫数设置为流场校测得的试验马赫数；
S4、根据步骤S3得到的环缝式调压阀的预置开度，执行流场控制，并通过运行数据对环缝式调压阀的预置开度进行修正，直到风洞试验结束。
进一步的，步骤S4以步骤S3得的环缝式调压阀的预置开度时间序列为输入、以试验测试的环缝式调压阀的预置开度时间序列为输出进行数据拟合，理论计算开度与实际开度接近线性关系，得到修正公式为：
；
其中，为修正后的环缝式调压阀的预置开度，为拟合得到的一次项修正系数，为拟合得到的常数项修正系数；
通过多次迭代修正，得到修正后的环缝式调压阀的预置开度。
具体实施方式二：
一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法，包括如下步骤：
S1、根据环缝式调压阀的阀芯外径、环缝式调压阀的阀芯行程与型面母线坐标，拟合得到环缝式调压阀的阀芯行程与环缝式调压阀节流喉道面积的多项式；
进一步的，步骤S1中所述环缝式调压阀的阀芯行程S与环缝式调压阀节流喉道面积的多项式为：
；
其中，为多项式中的第项的系数，为多项式的项数，为的次方；
S2、基于步骤S1得到的环缝式调压阀的阀芯行程与环缝式调压阀节流喉道面积的多项式，构建环缝式调压阀预置开度机理模型；
进一步的，步骤S2的具体实现方法包括如下步骤：
S2.1、根据流量守恒定律，风洞中的气源压力为的计算公式为：
；
其中，A为风洞试验段入口的流通面积，为风洞总压，为风洞调压阀节流喉道位置的流量函数，为风洞试验段入口的流量函数；
与马赫数M具有以下计算公式：
；
S2.2、通过步骤S2.1的计算公式，可得试验段达到风洞总压及马赫数M时的环缝式调压阀节流喉道面积的机理模型的计算公式为：
；
其中，为环缝式调压阀节流喉道面积；
S2.3、将步骤S2.2得到的表达式和步骤S1得到的多项式结合，得到环缝式调压阀预置开度机理模型，表达式为：
；
其中，为环缝式调压阀的阀芯最大行程，为调压阀预置开度，为多项式中的第 i项的系数；
S3、基于步骤S2得到的环缝式调压阀预置开度机理模型，计算环缝式调压阀的预置开度；
进一步的，步骤S3中基于步骤S2得到的环缝式调压阀预置开度机理模型，计算环缝式调压阀的预置开度，在风洞亚跨声速工况计算参数选择方式为：当使用栅指二喉道节流方式进行试验时，总压设置为试验目标总压，马赫数设置为试验目标马赫数；
S4、根据步骤S3得到的环缝式调压阀的预置开度，执行流场控制，并通过运行数据对环缝式调压阀的预置开度进行修正，直到风洞试验结束。
进一步的，步骤S4以步骤S3得的环缝式调压阀的预置开度时间序列为输入、以试验测试的环缝式调压阀的预置开度时间序列为输出进行数据拟合，理论计算开度与实际开度接近线性关系，得到修正公式为：
；
其中，为修正后的环缝式调压阀的预置开度，为拟合得到的一次项修正系数，为拟合得到的常数项修正系数；
通过多次迭代修正，得到修正后的环缝式调压阀的预置开度。
具体实施方式三：
一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法，包括如下步骤：
S1、根据环缝式调压阀的阀芯外径、环缝式调压阀的阀芯行程与型面母线坐标，拟合得到环缝式调压阀的阀芯行程与环缝式调压阀节流喉道面积的多项式；
进一步的，步骤S1中所述环缝式调压阀的阀芯行程S与环缝式调压阀节流喉道面积的对应关系的多项式为：
；
其中，为多项式中的第项的系数，为中的任意一个，为多项式的项数，为的次方；
S2、基于步骤S1得到的环缝式调压阀的阀芯行程与环缝式调压阀节流喉道面积的多项式，构建环缝式调压阀预置开度机理模型；
进一步的，步骤S2的具体实现方法包括如下步骤：
S2.1、对于风洞中的气源压力为，根据流量守恒定律，具有计算公式为：
；
其中，A为风洞试验段入口的流通面积，为风洞总压，为风洞调压阀节流喉道位置的流量函数，为风洞试验段入口的流量函数；
与马赫数M具有以下计算公式：
；
S2.2、通过步骤S2.1的计算公式，可得试验段达到风洞总压及马赫数M时的环缝式调压阀节流喉道面积的机理模型的计算公式为：
；
S2.3、将步骤S2.2得到的表达式和步骤S1得到的多项式结合，得到环缝式调压阀预置开度机理模型，表达式为：
；
其中，为环缝式调压阀的阀芯最大行程，为调压阀预置开度；
S3、基于步骤S2得到的环缝式调压阀预置开度机理模型，计算环缝式调压阀的预置开度；
进一步的，步骤S3中基于步骤S2得到的环缝式调压阀预置开度机理模型，计算环缝式调压阀的预置开度，在风洞亚跨声速工况计算参数选择方式为：当使用常规方式进行试验时，马赫数设置为试验目标马赫数，总压设置为马赫数的相关量，根据流场校测标模试验数据拟合得到其关系式为：
；
其中，为马赫数M的函数；
S4、根据步骤S3得到的环缝式调压阀的预置开度，执行流场控制，并通过运行数据对环缝式调压阀的预置开度进行修正，直到风洞试验结束；
进一步的，步骤S4以步骤S3得的环缝式调压阀的预置开度时间序列为输入、以试验测试的环缝式调压阀的预置开度时间序列为输出进行数据拟合，理论计算开度与实际开度接近线性关系，得到修正公式为：
；
其中，为修正后的环缝式调压阀的预置开度，为拟合得到的一次项修正系数，为拟合得到的常数项修正系数；
通过多次迭代修正，得到修正后的环缝式调压阀的预置开度。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
虽然在上文中已经参考具体实施方式对本申请进行了描述，然而在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本申请所披露的具体实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本申请并不局限于文中公开的特定具体实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (7)

1.一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据环缝式调压阀的阀芯外径、环缝式调压阀的阀芯行程与型面母线坐标，拟合得到环缝式调压阀的阀芯行程与环缝式调压阀节流喉道面积的多项式；
S2、基于步骤S1得到的环缝式调压阀的阀芯行程与环缝式调压阀节流喉道面积的多项式，构建环缝式调压阀预置开度机理模型；
S3、基于步骤S2得到的环缝式调压阀预置开度机理模型，计算环缝式调压阀的预置开度；
S4、根据步骤S3得到的环缝式调压阀的预置开度，执行流场控制，并通过运行数据对环缝式调压阀的预置开度进行修正，直到风洞试验结束。
2.根据权利要求1所述的一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法，其特征在于，步骤S1中所述环缝式调压阀的阀芯行程S与环缝式调压阀节流喉道面积的多项式为：
；
其中，为多项式中的第项的系数，为多项式的项数，为的次方。
3.根据权利要求1或2所述的一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法，其特征在于，步骤S2的具体实现方法包括如下步骤：
S2.1、根据流量守恒定律，风洞中的气源压力为的计算公式为：
；
其中，A为风洞试验段入口的流通面积，为风洞总压，为风洞调压阀节流喉道位置的流量函数，为风洞试验段入口的流量函数；
与马赫数M具有以下计算公式：
；
S2.2、通过步骤S2.1的计算公式，可得试验段达到风洞总压及马赫数M时的环缝式调压阀节流喉道面积的机理模型的计算公式为：
；
其中，为环缝式调压阀节流喉道面积；
S2.3、将步骤S2.2得到的表达式和步骤S1得到的多项式结合，得到环缝式调压阀预置开度机理模型，表达式为：
；
其中，为环缝式调压阀的阀芯最大行程，为调压阀预置开度，为多项式中的第i项的系数。
4.根据权利要求3所述的一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法，其特征在于，步骤S3中基于步骤S2得到的环缝式调压阀预置开度机理模型，计算环缝式调压阀的预置开度，在风洞超声速工况计算参数选择方式为：总压设置为试验目标总压，马赫数设置为常量，流场建立后马赫数设置为流场校测得的试验马赫数。
5.根据权利要求4所述的一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法，其特征在于，步骤S3中基于步骤S2得到的环缝式调压阀预置开度机理模型，计算环缝式调压阀的预置开度，在风洞亚跨声速工况计算参数选择方式为：当使用栅指二喉道节流方式进行试验时，总压设置为试验目标总压，马赫数设置为试验目标马赫数。
6.根据权利要求5所述的一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法，其特征在于，步骤S3中基于步骤S2得到的环缝式调压阀预置开度机理模型，计算环缝式调压阀的预置开度，在风洞亚跨声速工况计算参数选择方式为：当使用常规方式进行试验时，马赫数设置为试验目标马赫数，总压设置为马赫数的相关量，根据流场校测标模试验数据拟合得到其关系式为：
；
其中，为马赫数M的函数。
7.根据权利要求6所述的一种风洞环缝式调压阀预置开度估算方法，其特征在于，步骤S4以步骤S3得的环缝式调压阀的预置开度时间序列为输入、以试验测试的环缝式调压阀的预置开度时间序列为输出进行数据拟合，理论计算开度与实际开度接近线性关系，得到修正公式为：
；
其中，为修正后的环缝式调压阀的预置开度，为拟合得到的一次项修正系数，为拟合得到的常数项修正系数；
通过多次迭代修正，得到修正后的环缝式调压阀的预置开度。
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