CN109740284A - 一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术，所述技术中脉动压力均方根值(RMS)使用式1进行计算本技术中构造一种可变的矩形窗形式，如式2所示，W＝h (2)。本技术中在窗函数增大的同时，窗口宽度变窄；在窗函数减小的同时，窗口宽度变宽，本技术中窗函数与窗口宽度的变化规律由式3进行控制：m·h＝m₀ (3) 窗函数h由式4进行描述翼型俯仰震荡规律为：α＝α₀+A sin(2πft) (5)。本发明有效地解决了特征位置处迎角不确定度较大的问题。

Description

一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术

技术领域

本发明涉及数据处理方法技术领域，具体为一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术。

背景技术

动态翼型的非定常气动特征在风力机叶片，直升机旋翼叶片，喷气发动机压缩机中起重要作用，所以动态翼型的非定常气动特征需要深入研究。但是，目前的翼型设计理论依然依赖于静态计算和设计准则，急需将翼型的非定常气动特性考虑在内。在翼型的动态运动过程中，人们往往希望精准捕捉翼型的非定常转捩和再次层流化特征。我们使用脉动压力方法对动态翼型的非定常特征进行了研究，并发展了“相位平均方法”和“滑移窗口技术”。“相位平均方法”不需要很高的采样率即可获得翼型的非定常特征，但需要很长的采样时间。“滑移窗口技术”解决了相位平均方法采样时间过长的不足，该技术理论上只需采集一个震荡周期的脉动压力数据，即可捕捉到翼型的非定常特征。

现有技术有如下不足：

1、“滑移窗口技术”但仍有不足，在一个完整的运动周期内，由于流动分离、再附的特征极强，导致转捩、再附特征不够明显；

2、特征位置处迎角不确定度较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术，以解决上述背景技术中提出的“滑移窗口技术”但仍有不足，在一个完整的运动周期内，由于流动分离、再附的特征极强，导致转捩、再附特征不够明显和特征位置处迎角不确定度较大的问题。

一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术，所述技术中脉动压力均方根值(RMS)使用式1进行计算

本技术中构造一种可变的矩形窗形式，如式2所示，

W＝h (2)

本技术中在窗函数增大的同时，窗口宽度变窄；在窗函数减小的同时，窗口宽度变宽，本技术中窗函数与窗口宽度的变化规律由式3进行控制：

m·h＝m₀ (3)

窗函数h由式4进行描述

翼型俯仰震荡规律为：

α＝α₀+Asin(2πft) (5)

由采样率f_s引起的一个采样间隔内的角度误差Δα_s为：

窗口内的角度误差即为：

Δα＝2mΔα_s＝4mπAf/f_scos(2πft) (7)

对于窗函数h，有以下性质：当RMS/RMS₀值小于阈值μ₀时，h随RMS/RMS₀增大而缓慢增大，接近阈值μ₀时，h迅速增大；当RMS/RMS₀值达到阈值时，h 取最大值；RMS/RMS₀值大于阈值时，h迅速减小，由于半窗口宽度不能无限大，式3和式4决定了h有最小值。

根据h函数以上的性质特点，本技术中提出了一种窗口高度变化函数：类高斯函数。

式中，c₁为窗函数的放大系数，c₂为窗函数的形状系数，μ₀为的阈值，c₃为窗函数的平移量。

进一步的，所述技术中W(t)是窗函数，是采样时刻，是采样间隔，是窗口宽度，j是窗口内数据的序号，i表示第i个窗口，p是采集到的压力，表示第i个窗口内压力平均值，代表第i个窗口内压力的均方根值(RMS)。

进一步的，所述技术中的W(t)选择为矩形窗。

进一步的，所述技术中m是半窗口宽度，h是窗函数的值，m0是基准半窗口宽度。

进一步的，所述技术中RMS是窗口内的RMS值，RMS₀是参考值。

进一步的，所述技术中α₀是平均迎角，f是振荡频率，A是翼型震荡的振幅。

进一步的，所述技术中Ω是翼型俯仰运动的角速度，f_s是采样率，Δt是采样率引起的采样时间间隔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中当选定阈值后，h的最大值即为c1+c3，如果，在窗函数W 的作用下，在阈值处，窗口内的RMS值会较“滑移窗口技术”的计算值大，起到了增强特征的作用，很好的解决了在一个完整的运动周期内，由于流动分离、再附的特征极强，导致转捩、再附特征不够明显的问题；

2、本发明中由于特征位置(RMS/RMS0＝)处h的增大，在式3的作用下，会引起m的减小，在式7的作用下，m的减小会使角度误差减小，有效地解决了特征位置处迎角不确定度较大的问题。

附图说明

图1为本发明一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术窗口高度h函数形状；

图2为本发明一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术窗口高度和宽度变化曲线；

图3为本发明一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术“滑移窗口技术”与“可变滑移窗口技术”处理结果对比；

图4为本发明一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术“滑移窗口技术”与“可变滑移窗口技术”处理结果的迎角误差。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

请参阅图1-4，本发明提供如下技术方案：一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术，首先确定类Gauss曲线的参数(选择参数m₀，RMS₀，c₁， c₂，c₃和μ₀，基准半窗口宽度m₀：该值是可变滑移窗口技术中的不变量，m₀取为m₀＝30～50均可，窗口高度变化函数平移量c₃：c₃是h函数的最小值，同时也意味着最大的半窗口宽度，本发明令最大的半窗口宽度为m_max＝m₀，这样使得h_min＝m₀/m_max＝1，所以c₃取值为：c₃＝h_min＝1，窗口高度变化函数放大系数 c₁：h函数最大值为c₁+c₃，考虑到窗口高度不能过分大，本发明取c₁＝3(如果窗口高度过大，式3会引起窗口宽度过小，实际应用中，窗口宽度不能小于1)，窗口高度变化函数形状系数c₂：该系数影响了窗口高度的变化速率，一般情况下，c₂取为c₂＝1，RMS的参考值RMS₀：该值可选择为传感器在风洞中的零状态情况下的RMS值，阈值μ₀，视不同的试验条件及目的进行选择，本技术中可变滑移窗口技术使得转捩/再次层流化处的特征凸现出来，本技术中选择转捩/再次层流化处的RMS值与RMS₀之比作为μ₀,

使用不可变矩形窗计算基准窗口m₀内的脉动信号RMS值,技术中脉动压力均方根值(RMS)使用式1进行计算

本技术中构造一种可变的矩形窗形式，如式2所示，

W＝h (2)

本技术中在窗函数增大的同时，窗口宽度变窄；在窗函数减小的同时，窗口宽度变宽，本技术中窗函数与窗口宽度的变化规律由式3进行控制：

m·h＝m₀ (3)

计算使用式8计算新的窗口高度h窗函数h由式4进行描述

翼型俯仰震荡规律为：

α＝α₀+Asin(2πft) (5)

由采样率f_s引起的一个采样间隔内的角度误差Δα_s为：

窗口内的角度误差即为：

Δα＝2mΔα_s＝4mπAf/f_scos(2πft) (7)

对于窗函数h，有以下性质：当RMS/RMS₀值小于阈值μ₀时，h随RMS/RMS₀增大而缓慢增大，接近阈值μ₀时，h迅速增大；当RMS/RMS₀值达到阈值时，h 取最大值；RMS/RMS₀值大于阈值时，h迅速减小，由于半窗口宽度不能无限大，式3和式4决定了h有最小值。

根据h函数以上的性质特点，本技术中提出了一种窗口高度变化函数：类高斯函数。

式中，c₁为窗函数的放大系数，c₂为窗函数的形状系数，μ₀为的阈值，c₃为窗函数的平移量,使用新的窗函数W计算新的加权RMS值

本技术中W(t)是窗函数，是采样时刻，是采样间隔，是窗口宽度，j是窗口内数据的序号，i表示第i个窗口，p是采集到的压力，表示第i个窗口内压力平均值，代表第i个窗口内压力的均方根值(RMS)；本技术中的W(t) 选择为矩形窗；本技术中m是半窗口宽度，h是窗函数的值，m0是基准半窗口宽度；本技术中RMS是窗口内的RMS值，RMS₀是参考值；技术中α₀是平均迎角，f是振荡频率，A是翼型震荡的振幅；技术中Ω是翼型俯仰运动的角速度，f_s是采样率，Δt是采样率引起的采样时间间隔。

本技术中使用的是S809翼型的实验数据，试验雷诺数为Re＝0.75×10⁶，翼型做俯仰震荡的平均迎角为8°，振幅为10°，振荡频率为0.5Hz，采样率为 10kHz，采样时间为20s。

选择翼型沿弦向x＝50mm处采集的脉动压力作为算例，计算过程中参数的选择如

Table 1所示：

Table 1 参数选择

窗口高度h函数的形状如图1所示。

图2为一个完整的周期内窗口高度和宽度的变化曲线，在转捩/再次层流化位置处，窗口高度增加，这将使该位置处的RMS值增大；同时，转捩/再次层流化处的窗口宽度变小，这将使该处迎角误差减小。

图3为滑移窗口技术与可变滑移窗口技术的处理结果对比，相比于滑移窗口技术，可变滑移窗口技术在转捩/再次层流化处的RMS值有明显增大。

本技术中使用无量纲脉冲强度(INB)来评价信号特征，如式9所示：

式中，INB_i是第i时刻的无量纲脉冲强度INB值，RMS_i是第i时刻的RMS 值，RMS_N是第i时刻的去心邻域的RMS平均值，N是邻域大小，取为N＝1000。

Table 2 特征位置处的INB

Table 2为转捩/再次层流化处两种数据处理方法的INB值对比，在两个特征位置处，相较于滑移窗口技术，可变滑移窗口技术得到的INB值有量级上的增大。

需要说明的是，在本文中，诸如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。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术，其特征在于：所述技术中脉动压力均方根值(RMS)使用式1进行计算

本技术中构造一种可变的矩形窗形式，如式2所示，

W＝h (2)

本技术中在窗函数增大的同时，窗口宽度变窄；在窗函数减小的同时，窗口宽度变宽，本技术中窗函数与窗口宽度的变化规律由式3进行控制：

m·h＝m₀ (3)

窗函数h由式4进行描述

翼型俯仰震荡规律为：

α＝α₀+A sin(2πft) (5)

由采样率f_s引起的一个采样间隔内的角度误差Δα_s为：

窗口内的角度误差即为：

Δα＝2mΔα_s＝4mπ Af/f_s cos(2πft) (7)

对于窗函数h，有以下性质：当RMS/RMS₀值小于阈值μ₀时，h随RMS/RMS₀增大而缓慢增大，接近阈值μ₀时，h迅速增大；当RMS/RMS₀值达到阈值时，h取最大值；RMS/RMS₀值大于阈值时，h迅速减小，由于半窗口宽度不能无限大，式3和式4决定了h有最小值。

根据h函数以上的性质特点，本技术中提出了一种窗口高度变化函数：类高斯函数，

式中，c₁为窗函数的放大系数，c₂为窗函数的形状系数，μ₀为的阈值，c₃为窗函数的平移量。

2.根据权利要求1所述的一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术，其特征在于：所述技术中W(t)是窗函数，是采样时刻，是采样间隔，是窗口宽度，j是窗口内数据的序号，i表示第i个窗口，p是采集到的压力，表示第i个窗口内压力平均值，代表第i个窗口内压力的均方根值(RMS)。

3.根据权利要求1所述的一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术，其特征在于：所述技术中的W(t)选择为矩形窗。

4.根据权利要求1所述的一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术，其特征在于：所述技术中m是半窗口宽度，h是窗函数的值，m0是基准半窗口宽度。

5.根据权利要求1所述的一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术，其特征在于：所述技术中RMS是窗口内的RMS值，RMS₀是参考值。

6.根据权利要求1所述的一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术，其特征在于：所述技术中α₀是平均迎角，f是振荡频率，A是翼型震荡的振幅。

7.根据权利要求1所述的一种应用于动态翼型转捩判断的可变滑移窗口技术，其特征在于：所述技术中Ω是翼型俯仰运动的角速度，f_s是采样率，Δt是采样率引起的采样时间间隔。