CN110220665A - 一种暂冲式超声速风洞低量程测压扫描阀的安全保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种暂冲式超声速风洞低量程测压扫描阀的安全保护方法，目的是保护低量程测压扫描阀不受风洞开关车时压力波动引起的设备损坏的同时实现被测模型压力的准确测量；在风洞开关车阶段，通过控制气路的控制推动针阀，使得针阀处于校准端，实现对低量程测压扫描阀进行保护，在风洞流场稳定阶段，通过控制气路的控制推动针阀，使得针阀处于测量端，实现被测模型压力的准确测量；本发明相比传统的扫描阀保护***，不需要价格昂贵的专用的保护装置和设备，只需要添加气动电磁阀和低量程绝压传感器即可，在实现扫描阀的安全保护的同时也实现了被测模型压力的准确测量，保护方法简便快捷，省时省力；具有操作简便、运行可靠、效率高等特点。

Description

一种暂冲式超声速风洞低量程测压扫描阀的安全保护方法

技术领域

本发明属于空气动力学风洞试验技术领域，具体涉及暂冲式超声速风洞低量程测压扫描阀的安全保护方法，适用于风洞测压试验时对低量程测压扫描阀的安全保护。

背景技术

测压试验是风洞试验的重要内容，目的是通过测量飞行器模型表面的压力分布，为飞行器及部件结构强度计算提供气动载荷的原始数据，为研究飞行器及其部件的气动特性和研究飞行器绕流特性提供依据，同时也是验证数值计算方法是否准确的一个重要手段。目前，风洞测压试验主要采用在模型表面布设测压孔的方法，通过测压孔和测压管路把模型表面压力传送到压力传感器来测量。电子扫描阀测压***是风洞试验常用的测压设备，可实现多点压力的采集与处理，具有测点数量多、扫描速度快、测量精准度高等突出优点，其中，扫描阀是电子扫描阀测压***中的核心设备，其测量得到的压力值为测量端与测量参考端之间的压力差。另外，扫描阀是一种多通道高精度的压力扫描器，由多个硅压阻式差压传感器组成，硅压力传感器采用压敏电阻连接在惠斯通电桥上，产生的电压输出正比于压力输入，采集的模拟信号通过扫描阀内部的放大器、多路转换开关，以二进制寻址的方式建立通道关系，进而实现多点压力数据的采集。

目前风洞测压试验中，为了避免暂冲式超声速风洞在启动和关车时瞬态冲击产生的较大的压力波动对扫描阀的破坏，在选择测压扫描阀时均预留一定的量程余量使其测量范围大于风洞在起动和关车时的压力值，即选择高量程的扫描阀，如量程为±45psid的扫描阀，其测量参考端可直接接入101.325kPa的标准大气压，扫描阀可测量的压力范围达到±310.275kPa,高于风洞在启动和关车时瞬态冲击产生的较大的压力波动。但是，在音爆近场测量等测压试验中，测压模型的绝对压力值低于大气压且整个风洞试验过程中压力波动较小，为了保证测压的精度，必须选用低量程的测压扫描阀，如量程为±5psid、±1psid和±0.5psid的测压扫描阀。而采用低量程的测压扫描阀会遇到以下两个问题，一是风洞起动和关车时的压力值大于低量程测压扫描阀的量程范围，将导致测压扫描阀的损坏，二是风洞试验时，测压模型上测压点的压力值与大气压之间的差值大于低量程测压扫描阀的量程范围，导致测压扫描阀的测量参考端无法直接接入大气压。由于这两种问题的存在，导致低量程测压扫描阀在测压试验中必须进行有针对性的保护，以防止压力值超出扫描阀量程范围而导致扫描阀的损坏。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种操作简单、适用范围广、实用性强的暂冲式超声速风洞低量程测压扫描阀的安全保护方法，具有两个目的：

首先，解决风洞起动和关车时的压力值大于低量程测压扫描阀的量程范围，将导致测压扫描阀的损坏的问题；

其次，解决测压模型上测压点的压力值与大气压之间的差值大于低量程测压扫描阀的量程范围，导致测压扫描阀的测量参考端无法直接接入大气压的问题。

为了解决第一个问题，本方案采用如下技术方案：

一种暂冲式超声速风洞低量程测压扫描阀的安全保护方法，所述扫描阀具有测量端和校准端，所述扫描阀在风洞的不同环境下，通过控制气路的控制推动针阀，使得针阀处于测量端或者校准端，从而实现对低量程测压扫描阀进行保护。

在解决第一个问题的基础上，提出进一步方案解决第二个问题，采用如下技术方案：

在风洞内设置被测模型，所述被测模型上设置有若干测压孔，其中一个测压孔作为参考测压点通过气管分别连接到扫描阀的测量参考端和气动电磁阀，气动电磁阀的另一端通过低量程绝压传感器连接到测压采集与控制***，被测模型上的其他测压孔通过气管各自连接到扫描阀的的测量端，所述扫描阀的校准端连接到大气压，扫描阀的控制气路连接到标准控制气源。

本发明采用低量程绝压传感器目的是测量扫描阀的测量参考端的真实绝对压力值,扫描阀在工作状态下测得的数据是测量端与测量参考端的相对值，因此要获得被测模型每一个测量点的真实压力值就需要采用本发明中的低量程绝压传感器，低量程绝压传感器是指量程小于标准大气压101.325kPa的传感器。

本发明采用气动电磁阀的目的是保护低量程绝压传感器，因为低量程绝压传感器的量程是小于标准大气压的，因此低量程绝压传感器不能直接接入大气压。在风洞启动和关车时关闭气动电磁阀的主要目的就是保护低量程绝压传感器。

进一步的，在上述方案的基础上，采用如下过程：

在风洞启动时，将气动电磁阀关闭，阻断低量程绝压传感器的气路以保护低量程绝压传感器，利用扫描阀的控制气路，将扫描阀的针阀推到校准端，此时扫描阀的测量端被阀体密封，扫描阀工作在校准模式，其测得的压力差为校准端与校准参考端之间的压力差，该压力差为零，低量程测压扫描阀得以保护；

当风洞流场稳定时，打开气动电磁阀接通低量程绝压传感器的测量气路，利用扫描阀的控制气路将扫描阀的针阀推到测量端，此时扫描阀工作在测量模式，其测值为测量端与测量参考端之间的压力差，被测模型上测压点的真实压力值即为扫描阀的测量值与低量程绝压传感器的测量值之和；

在风洞关车时，将气动电磁阀关闭，阻断低量程绝压传感器的气路以保护低量程绝压传感器，利用扫描阀的控制气路，将扫描阀的针阀推到校准端，此时扫描阀的测量端被阀体密封，扫描阀工作在校准模式，其测得的压力差为校准端与校准参考端之间的压力差，该压力差为零，低量程测压扫描阀得以保护。

在上述技术方案中，所述参考测压点通过三通连接器连接到扫描阀和气动电磁阀。

在上述技术方案中，所述扫描阀的校准端通过气管连接到风洞洞体外的大气压。

在上述技术方案中，连接到风洞洞体外的大气压还包括校准参考端。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

相比传统的扫描阀保护***，本发明不需要价格昂贵的专用的保护装置和设备，只需要添加气动电磁阀和低量程绝压传感器即可；保护方法简便快捷，省时省力；

本发明的低量程测压扫描阀的安全保护方法是充分利用扫描阀自身的推阀功能，具有操作简便、运行可靠、效率高等特点。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1 暂冲式超声速风洞低量程测压扫描阀安全保护的组成原理图；

图2是本发明所述低量程测压扫描阀安全保护方法的风洞试验时序图；

其中：1是测压模型，2是测压孔，3是测点Ref，4是测压气路管，5是三通接头，6是气动电磁阀，7是低量程绝压传感器，8是测压扫描阀，9是电缆线，10是大气压，11是标准控制气源，12是数据采集与控制***。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，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。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1 所示，是本实施例的***示意图，包括被测模型，被测模型上设置的若干测压孔，其中一个测压孔作为参考测压点，通过三通结构分别连接到测压扫描阀上的测量参考端和气动电磁阀的一端，气动电磁阀的另一端通过低量程绝压传感器连接到测压采集与控制***中。被测模型的其他测压孔依次通过气管连接到测压扫描阀上的测量端上，测压扫描阀上的校准端连接到风洞洞体外的大气压，将扫描阀的校准参考端连接到风洞洞体外的大气压，将扫描阀的控制气路连接到测压采集与控制***中的标准控制气源。

具体实施过程为：

假设某暂冲式超声速风洞共有15个±5psid量程的测压模块（每个测压模块有64个压力测量点），某项测压试验时，模型上测压点数为630点。

暂冲式超声速风洞低量程测压扫描阀的安全保护方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤一、根据该项试验630点的测压需求，从15个测压模块中选出10个测压模块，构建当前在用的具有640点测压能力的电子扫描阀测压***；

步骤二、在测压模型上630各测压点中选择一个测点Ref作为压力参考点，使其连接至三通接头的A端，三通接头的B端接入所用10个扫描阀的测量参考端RRef，三通接头的C端连接至气动电磁阀的一端，气动电磁阀的另一端连接至低量程绝压传感器；扫描阀为PSI公司的ESP-64，量程为±5psid，气动电磁阀为SMC VT307-5G-01，低量程绝压传感器为MensorCPT6100；

步骤二、将测压模型上除去测点Ref的其余629个测压点依次接入扫描阀的测量端；

步骤三、将所用10个扫描阀的控制气路C1和C2都连接到测压采集与控制***中的标准控制气源；将所用10个扫描阀的校准端都连接到风洞洞体外的大气压，将所用10个扫描阀的校准参考端连接到风洞洞体外的大气压；

步骤四、将低量程绝压传感器连接到数据采集与控制***中，将气动电磁阀连接到数据采集与控制***中；

步骤五、在风洞启动时，将气动电磁阀关闭，阻断低量程绝压传感器的气路以保护低量程绝压传感器；利用扫描阀的控制气路，将所用10个扫描阀全部推阀到校准端，此时所有扫描阀的测量端均被阀体密封，扫描阀工作在校准模式，其测得的压力差为校准端与校准参考端之间的压力差，该压力差基本为零，扫描阀得以保护；

步骤六、当风洞流场稳定时，打开气动电磁阀接通低量程绝压传感器的测量气路；利用扫描阀的控制气路将所用10个扫描阀全部推阀到测量端，此时所有扫描阀均工作在测量模式，其测值为测量端与测量参考端之间的压力差，测压模型上测压点的真实压力值即为扫描阀的测量值与低量程绝压传感器的测量值之和；

步骤七、在风洞关车时，将气动电磁阀关闭，阻断低量程绝压传感器的气路以保护低量程绝压传感器；利用扫描阀的控制气路，将所用10个扫描阀全部推阀到校准端，此时扫描阀的测量端被阀体密封，所有扫描阀均工作在校准模式，其测得的压力差为校准端与校准参考端之间的压力差，该压力差基本为零，扫描阀得以保护。

综上，本发明利用扫描阀自身的推阀功能，通过添加气动电磁阀和低量程绝压传感器，在实现暂冲式超声速风洞低量程测压扫描阀的安全保护的同时也保证了被测模型压力的准确测量，该保护方法具有操作简便、运行可靠、效率高等特点

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (7)

1.一种暂冲式超声速风洞低量程测压扫描阀的安全保护方法，所述扫描阀具有测量端和校准端，其特征在于所述扫描阀在风洞的不同环境下，通过控制气路的控制推动针阀，使得针阀处于测量端或者校准端，实现对低量程测压扫描阀进行保护。

2.根据权利要求1所述的一种暂冲式超声速风洞低量程测压扫描阀的安全保护方法，其特征在于包括设置在风洞内的被测模型，所述被测模型上设置有若干测压孔，其中一个测压孔作为参考测压点通过气管分别连接到扫描阀的测量参考端和气动电磁阀，气动电磁阀的另一端通过低量程绝压传感器连接到测压采集与控制***，被测模型上的其他测压孔通过气管各自连接到扫描阀的的测量端，所述扫描阀的校准端连接到大气压，扫描阀的控制气路连接到标准控制气源。

3.根据权利要求2所述的一种暂冲式超声速风洞低量程测压扫描阀的安全保护方法，其特征在于所述低量程绝压传感器用于测量扫描阀参考端的压力值。

4.根据权利要求2所述的一种暂冲式超声速风洞低量程测压扫描阀的安全保护方法，其特征在于保护方法的具体过程为：

在风洞启动时，将气动电磁阀关闭，阻断低量程绝压传感器的气路以保护低量程绝压传感器，利用扫描阀的控制气路，将扫描阀的针阀推到校准端，此时扫描阀的测量端被阀体密封，扫描阀工作在校准模式，其测得的压力差为校准端与校准参考端之间的压力差，该压力差为零，低量程测压扫描阀得以保护；

当风洞流场稳定时，打开气动电磁阀接通低量程绝压传感器的测量气路，利用扫描阀的控制气路将扫描阀的针阀推到测量端，此时扫描阀工作在测量模式，其测值为测量端与测量参考端之间的压力差，被测模型上测压点的真实压力值即为扫描阀的测量值与低量程绝压传感器的测量值之和；

在风洞关车时，将气动电磁阀关闭，阻断低量程绝压传感器的气路以保护低量程绝压传感器，利用扫描阀的控制气路，将扫描阀的针阀推到校准端，此时扫描阀的测量端被阀体密封，扫描阀工作在校准模式，其测得的压力差为校准端与校准参考端之间的压力差，该压力差为零，低量程测压扫描阀得以保护。

5.根据权利要求4所述的一种暂冲式超声速风洞低量程测压扫描阀的安全保护方法，其特征在于所述参考测压点通过三通连接器连接到扫描阀和气动电磁阀。

6.根据权利要求4所述的一种暂冲式超声速风洞低量程测压扫描阀的安全保护方法，其特征在于所述扫描阀的校准端通过气管连接到风洞洞体外的大气压。

7.根据权利要求6所述的一种暂冲式超声速风洞低量程测压扫描阀的安全保护方法，其特征在于连接到风洞洞体外的大气压还包括校准参考端。