CN116147882A - 一种低速风洞流场参数测量装置及方法 - Google Patents

一种低速风洞流场参数测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

一种低速风洞流场参数测量装置及方法，属于风洞试验技术领域。本发明包括两个测量耙和静压盘，所述测量耙为两个，两个测量耙分别安装于测压管路的两端，静压盘安装于测压管路中部，所述测压管路上安装有第一压差传感器、第二压差传感器、第三压差传感器和第四压差传感器，测量耙用来测量稳定段气流总压、总温和湿度，收缩段洞壁静压通过静压盘、测压管路和压力传感器组成的回路得到。目的是为了提出分布安装在风洞稳定段和收缩段的一种低速风洞流场参数测量装置及方法，实现在低速风洞中对试验来流流场参数的准确测量问题，本发明的所有压力测量点与风洞内气流之间通过压力传感器行成通路，在风洞多个位置布置，更能表征全面地表征来流参数。

Description

一种低速风洞流场参数测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种低速风洞流场参数测量装置及方法，属于风洞试验技术领域。
背景技术
风洞试验同其它领域科学试验一样，都是通过改变试验***的一些独立变量，来测量试验对象的定量反应。对风洞试验而言，这些独立变量就是模型姿态参数、模型控制面参数和流场参数，需要定量测量的就是作用在模型上的力和力矩、压力分布和温度分布等，而风洞流场参数如压强、流速、温度、马赫数等，其测量准确性直接关系到试验对象的定量反应准确程度，准确地确定流过风洞试验段中气流的流场参数是极为关键。
目前，风洞试验时，测量低速风洞流场参数一般采用在试验入口处安装单皮托管或双皮托管装置直接测量获得，一方面模型扰动大时所测总压、静压均受影响，直接影响速压的测量准度，另一方面皮托管会产生额外的噪声以及对流场产生扰动，同时这种装置的测量精度受到传感器测量精度的直接影响。
因此，亟需提出一种低速风洞流场参数测量装置及方法，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明研发目的是为了提出分布安装在风洞稳定段和收缩段的一种低速风洞流场参数测量装置及方法，实现在低速风洞中对试验来流流场参数的准确测量的问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
本发明的技术方案：
方案一、一种低速风洞流场参数测量装置，包括测量耙和静压盘，所述测量耙有两个，两个测量耙分别安装于测压管路的两端，静压盘安装于测压管路中部；
所述两个测量耙结构相同，所述测量耙包括总压探头、温度传感器支撑管、温度传感器、翼型支撑架、翼型支撑架底座、湿度传感器支撑管和湿度传感器，翼型支撑架底座上固定安装有翼型支撑架，总压探头一端固定安装于翼型支撑架底座上，总压探头另一端穿过翼型支撑架后置于其一侧外部，温度传感器支撑管一端固定安装于翼型支撑架底座上，温度传感器支撑管另一端穿过翼型支撑架后置于其一侧外部，温度传感器支撑管内置有温度传感器，温度传感器与总压探头二者的测量端在翼型支撑架的外部同侧设置，翼型支撑架底座上通过湿度传感器支撑管固定安装有湿度传感器。
优选的：所述测压管路上安装有多个压差传感器。
优选的：所述静压盘包括第一静压盘、第二静压盘、第三静压盘和第四静压盘，第一静压盘与测压管路一端的测量耙之间设置有第一压差传感器，第四静压盘与测压管路另一端的测量耙之间设置有第二压差传感器，测压管路上设置有第三压差传感器，第一静压盘通过第三压差传感器安装于测压管路上，第二静压盘和第三静压盘安装于测压管路的同一位置，且连接处设置有绝压传感器，第三静压盘与绝压传感器之间设置有第四压差传感器，第四静压盘与绝压传感器之间设置有第五压差传感器。
优选的：所述第一静压盘、第二静压盘、第三静压盘和第四静压盘结构相同，所述第一静压盘、第二静压盘、第三静压盘和第四静压盘均通过风洞收缩段洞壁安装座固定安装于风洞收缩段洞壁上，第一静压盘中心处加工有静压孔。
方案二、一种低速风洞流场参数测量方法，是基于方案一所述的一种低速风洞流场参数测量装置实现的，包括：
S1，两个测量耙分别安装于稳定段两侧壁水平线位置，两个测量耙的温度传感器与总压探头二者的测量端在翼型支撑架的外部同侧设置；
S2，翼型支撑架底座嵌入风洞稳定段洞壁内，使总压探头测量端平行于风洞轴线，并且翼型支撑架底座与风洞壁面光滑过度无台阶；
S3，静压盘通过螺钉嵌入式安装在收缩段出口处四个壁面水平线上，均处于同一风洞横截面上，静压盘的连接部位采用密封圈进行密封处理，保持静压盘与风洞壁面光滑过度无台阶；静压盘一侧为圆形平面，圆心处设计有平行于静压盘平面法线方向的静压孔；
S4，静压盘上的静压孔与总压探头通过测压管路和压差传感器建立连接；
S5，通过对多个压差传感器和绝压传感器采集的数据进行多路分块平均计算，在风洞流场校测时，取得风洞中心流场参数与总压探头和静压盘之间的压力关系式，即公式（5.1）和公式（5.2），通过公式（5.1）、公式（5.2）和等墒公式，即推导出公式（5.3）至公式（5.7），得到风洞带试验件进行试验时，试验件来流参数，即低速风洞流场参数，具体包括试验段中心总压、试验段中心总静压差、试验段中心马赫数、试验段中心速压和风洞总温；
Figure SMS_1
公式（5.1）
式中：
Figure SMS_2
为试验段中心总压，/>
Figure SMS_3
为总压待求系数，/>
Figure SMS_4
为总压探头和静压盘上的压力差，/>
Figure SMS_5
为静压盘上的静压，/>
Figure SMS_6
为拟合次数；
Figure SMS_7
公式（5.2）
式中：
Figure SMS_8
为试验段中心总静压差，/>
Figure SMS_9
为静压待求系数；
Figure SMS_10
公式（5.3）
Figure SMS_11
公式（5.4）
Figure SMS_12
公式（5.5）/>
Figure SMS_13
公式（5.6）
Figure SMS_14
公式（5.7）
式中：
Figure SMS_15
为试验段中心马赫数，/>
Figure SMS_16
为试验段中心速压，/>
Figure SMS_17
为风洞静温，/>
Figure SMS_18
为风洞总温，/>
Figure SMS_19
为当地声速，/>
Figure SMS_20
为空气气体常数，/>
Figure SMS_21
为空气比热比，V为试验段中心风速。
本发明具有以下有益效果：
1.本发明的大模型、大角度下的四个静压孔能够更全面地表征来流，对来流受模型干扰存在不均匀性时模拟更合理、更真实；
2.本发明避免了在试验段入口等高流速区域放置皮托管存在的气动噪声干扰问题，更好适应声学风洞需要；
3.本发明的测压管路上设置的各部件交插互连，通过平均计算可减小单个传感器采集引入的误差，也可互相监测测量，保障了***的可靠性；
4.本发明的所有压力测量点与风洞内气流之间通过压力传感器行成通路，在风洞多个位置布置，更能表征全面地表征来流参数。
附图说明
图1是本发明的一种低速风洞流场参数测量装置的立体图；
图2是本发明的一种低速风洞流场参数测量装置的测量耙的配合安装图；
图3是图2的俯视图；
图4是图2的A-A剖面图；
图5是第一静压盘的配合安装图；
图6是图5的右视图。
图中：1-测量耙，2-静压盘，3-测压管路，4-压差传感器，5-绝压传感器，11-总压探头，12-温度传感器支撑管，13-温度传感器，14-翼型支撑架，15-翼型支撑架底座，16-湿度传感器支撑管，17-湿度传感器，21-第一静压盘，22-第二静压盘，23-第三静压盘，24-第四静压盘，25-风洞收缩段洞壁安装座，26-风洞收缩段洞壁，27-静压孔，41-第一压差传感器，42-第二压差传感器，43-第三压差传感器，44-第四压差传感器，45-第五压差传感器。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。
具体实施方式一：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式的一种低速风洞流场参数测量装置，包括测量耙1和静压盘2，所述测量耙1有两个，两个测量耙1分别安装于测压管路3的两端，静压盘2安装于测压管路3中部；所述测压管路3上安装有多个压差传感器4，即第一压差传感器41、第二压差传感器42、第三压差传感器43和第四压差传感器44，测量耙1用来测量稳定段气流总压、总温和湿度，收缩段洞壁静压通过静压盘2、测压管路3和压力传感器4组成的回路得到；
所述静压盘2包括第一静压盘21、第二静压盘22、第三静压盘23和第四静压盘24，第一静压盘21与测压管路3一端的测量耙1之间设置有第一压差传感器41，第四静压盘24与测压管路3另一端的测量耙1之间设置有第二压差传感器42，测压管路3上设置有第三压差传感器43，第一静压盘21通过第三压差传感器43安装于测压管路3上，第二静压盘22和第三静压盘23安装于测压管路3的同一位置，且连接处设置有绝压传感器5，第三静压盘23与绝压传感器5之间设置有第四压差传感器44，第四静压盘24与绝压传感器5之间设置有第五压差传感器45。
所述两个测量耙1结构相同，且设置在同一水平线上，所述测量耙1包括总压探头11、温度传感器支撑管12、温度传感器13、翼型支撑架14、翼型支撑架底座15、湿度传感器支撑管16和湿度传感器17，翼型支撑架底座15上垂直固定安装有翼型支撑架14，翼型支撑架底座15嵌入风洞稳定段洞壁内，使总压探头平行于风洞轴线，并且翼型支撑架底座15与风洞壁面光滑过度无台阶，总压探头11一端固定安装于翼型支撑架底座15上，总压探头11另一端穿过翼型支撑架14后置于其一侧外部，温度传感器支撑管12一端固定安装于翼型支撑架底座15上，温度传感器支撑管12另一端穿过翼型支撑架14后置于其一侧外部，温度传感器支撑管12内置有温度传感器13，温度传感器13与总压探头11二者的测量端在翼型支撑架14的外部同侧设置，翼型支撑架底座15上通过湿度传感器支撑管16固定安装有湿度传感器17，测量耙1为对称翼型，翼型支撑架14根据结构需求尽量薄，从翼型弦线分成对称的两部分，两部分通过沉头螺钉固接，便于总压探头和总温传感器套管的安装、接线及维护，具有良好的气动外形，翼型前后缘具备良好的整流作用。
所述静压盘2包括第一静压盘21、第二静压盘22、第三静压盘23和第四静压盘24，第一静压盘21与测压管路3一端的测量耙1之间设置有第一压差传感器41，第四静压盘24与测压管路3另一端的测量耙1之间设置有第二压差传感器42，第一静压盘21通过第三压差传感器43安装于测压管路3，第二静压盘22和第三静压盘23安装于测压管路3的同一位置，且连接处设置有绝压传感器5，第三静压盘23与绝压传感器5之间设置有第四压差传感器44，第四静压盘24与绝压传感器5之间设置有第五压差传感器45。
所述第一静压盘21、第二静压盘22、第三静压盘23和第四静压盘24结构相同，所述第一静压盘21、第二静压盘22、第三静压盘23和第四静压盘24均通过风洞收缩段洞壁安装座25固定安装于风洞收缩段洞壁26上，第一静压盘21中心处加工有静压孔27。
具体实施方式二：结合图1-图6说明本实施方式，基于具体实施方式一，本实施方式的一种低速风洞流场参数测量方法，包括：
S1，两个测量耙1分别安装于稳定段两侧壁水平线位置，两个测量耙1的温度传感器13与总压探头11二者的测量端在翼型支撑架14的外部同侧设置；
S2，翼型支撑架底座15嵌入风洞稳定段洞壁内，使总压探头11测量端平行于风洞轴线，并且翼型支撑架底座15与风洞壁面光滑过度无台阶；
S3，静压盘2通过螺钉嵌入式安装在收缩段出口处四个壁面水平线或对称线上，均处于同一风洞横截面上，静压盘2的连接部位采用密封圈进行密封处理，保持静压盘与风洞壁面光滑过度无台阶；静压盘2一侧为圆形平面，圆心处设计有平行于静压盘平面法线方向的静压孔27；
S4，静压盘上的静压孔27与总压探头11通过测压管路3和压差传感器4建立连接；
S5，通过对多个压差传感器4和绝压传感器5采集的数据进行多路分块平均计算，在风洞流场校测时，取得风洞中心流场参数与总压探头11和静压盘2之间的压力关系式，即公式（5.1）和公式（5.2），通过公式（5.1）、公式（5.2）和等墒公式，即推导出公式（5.3）至公式（5.7），得到风洞带试验件进行试验时，试验件来流参数，即低速风洞流场参数，具体包括试验段中心总压、试验段中心总静压差、试验段中心马赫数、试验段中心速压和风洞总温；
Figure SMS_22
公式（5.1）
式中：
Figure SMS_23
为试验段中心总压，/>
Figure SMS_24
为总压待求系数，/>
Figure SMS_25
为总压探头和静压盘上的压力差，/>
Figure SMS_26
为静压盘上的静压，/>
Figure SMS_27
为拟合次数；
Figure SMS_28
公式（5.2）
式中：
Figure SMS_29
为试验段中心总静压差，/>
Figure SMS_30
为静压待求系数；
Figure SMS_31
公式（5.3）
Figure SMS_32
公式（5.4）
Figure SMS_33
公式（5.5）
Figure SMS_34
公式（5.6）
Figure SMS_35
公式（5.7）
式中：
Figure SMS_36
为试验段中心马赫数，/>
Figure SMS_37
为试验段中心速压，/>
Figure SMS_38
为风洞静温，/>
Figure SMS_39
为风洞总温，/>
Figure SMS_40
为当地声速，/>
Figure SMS_41
为空气气体常数，/>
Figure SMS_42
为空气比热比，V为试验段中心风速。
需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低速风洞流场参数测量装置，其特征在于：包括测量耙（1）和静压盘（2），所述测量耙（1）有两个，两个测量耙（1）分别安装于测压管路（3）的两端，静压盘（2）安装于测压管路（3）中部；
所述两个测量耙（1）结构相同，所述测量耙（1）包括总压探头（11）、温度传感器支撑管（12）、温度传感器（13）、翼型支撑架（14）、翼型支撑架底座（15）、湿度传感器支撑管（16）和湿度传感器（17），翼型支撑架底座（15）上固定安装有翼型支撑架（14），总压探头（11）一端固定安装于翼型支撑架底座（15）上，总压探头（11）另一端穿过翼型支撑架（14）后置于其一侧外部，温度传感器支撑管（12）一端固定安装于翼型支撑架底座（15）上，温度传感器支撑管（12）另一端穿过翼型支撑架（14）后置于其一侧外部，温度传感器支撑管（12）内置有温度传感器（13），温度传感器（13）与总压探头（11）二者的测量端在翼型支撑架（14）的外部同侧设置，翼型支撑架底座（15）上通过湿度传感器支撑管（16）固定安装有湿度传感器（17）。
2.根据权利要求1所述的一种低速风洞流场参数测量装置，其特征在于：所述测压管路（3）上安装有多个压差传感器（4）。
3.根据权利要求2所述的一种低速风洞流场参数测量装置，其特征在于：所述静压盘（2）包括第一静压盘（21）、第二静压盘（22）、第三静压盘（23）和第四静压盘（24），第一静压盘（21）与测压管路（3）一端的测量耙（1）之间设置有第一压差传感器（41），第四静压盘（24）与测压管路（3）另一端的测量耙（1）之间设置有第二压差传感器（42），测压管路（3）上设置有第三压差传感器（43），第一静压盘（21）通过第三压差传感器（43）安装于测压管路（3）上，第二静压盘（22）和第三静压盘（23）安装于测压管路（3）的同一位置，且连接处设置有绝压传感器（5），第三静压盘（23）与绝压传感器（5）之间设置有第四压差传感器（44），第四静压盘（24）与绝压传感器（5）之间设置有第五压差传感器（45）。
4.根据权利要求3所述的一种低速风洞流场参数测量装置，其特征在于：所述第一静压盘（21）、第二静压盘（22）、第三静压盘（23）和第四静压盘（24）结构相同，所述第一静压盘（21）、第二静压盘（22）、第三静压盘（23）和第四静压盘（24）均通过风洞收缩段洞壁安装座（25）固定安装于风洞收缩段洞壁（26）上，第一静压盘（21）中心处加工有静压孔（27）。
5.一种低速风洞流场参数测量方法，是基于权利要求4所述的一种低速风洞流场参数测量装置实现的，其特征在于，包括：
S1，两个测量耙（1）分别安装于稳定段两侧壁水平线位置，两个测量耙（1）的温度传感器（13）与总压探头（11）二者的测量端在翼型支撑架（14）的外部同侧设置；
S2，翼型支撑架底座（15）嵌入风洞稳定段洞壁内，使总压探头（11）测量端平行于风洞轴线，并且翼型支撑架底座（15）与风洞壁面光滑过度无台阶；
S3，静压盘（2）通过螺钉嵌入式安装在收缩段出口处四个壁面水平线上，均处于同一风洞横截面上，静压盘（2）的连接部位采用密封圈进行密封处理，保持静压盘与风洞壁面光滑过度无台阶；静压盘（2）一侧为圆形平面，圆心处设计有平行于静压盘平面法线方向的静压孔（27）；
S4，静压盘上的静压孔（27）与总压探头（11）通过测压管路（3）和压差传感器（4）建立连接；
S5，通过对多个压差传感器（4）和绝压传感器（5）采集的数据进行多路分块平均计算，在风洞流场校测时，取得风洞中心流场参数与总压探头（11）和静压盘（2）之间的压力关系式，即公式（5.1）和公式（5.2），通过公式（5.1）、公式（5.2）和等墒公式，即推导出公式（5.3）至公式（5.7），得到风洞带试验件进行试验时，试验件来流参数，即低速风洞流场参数，具体包括试验段中心总压、试验段中心总静压差、试验段中心马赫数、试验段中心速压和风洞总温；
Figure QLYQS_1
公式（5.1）
式中：
Figure QLYQS_2
为试验段中心总压，/>
Figure QLYQS_3
为总压待求系数，/>
Figure QLYQS_4
为总压探头和静压盘上的压力差，/>
Figure QLYQS_5
为静压盘上的静压，/>
Figure QLYQS_6
为拟合次数；
Figure QLYQS_7
公式（5.2）
式中：
Figure QLYQS_8
为试验段中心总静压差，/>
Figure QLYQS_9
为静压待求系数；
Figure QLYQS_10
公式（5.3）
Figure QLYQS_11
公式（5.4）
Figure QLYQS_12
公式（5.5）
Figure QLYQS_13
公式（5.6）
Figure QLYQS_14
公式（5.7）
式中：
Figure QLYQS_15
为试验段中心马赫数，/>
Figure QLYQS_16
为试验段中心速压，/>
Figure QLYQS_17
为风洞静温，/>
Figure QLYQS_18
为风洞总温，
Figure QLYQS_19
为当地声速，/>
Figure QLYQS_20
为空气气体常数，/>
Figure QLYQS_21
为空气比热比，V为试验段中心风速。/>
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