本發(fā)明涉及空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，尤其是實(shí)驗(yàn)空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域，具體為一種測(cè)量跨聲速風(fēng)洞試驗(yàn)段局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性的簡(jiǎn)易方法。
背景技術(shù)：
：風(fēng)洞是根據(jù)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理，利用運(yùn)動(dòng)氣流使飛行器縮比試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?shí)現(xiàn)飛行模擬的一種人工管道狀地面設(shè)備。作為飛行器研制的基礎(chǔ)試驗(yàn)設(shè)備，風(fēng)洞流場(chǎng)品質(zhì)是保障試驗(yàn)?zāi)Ｐ瞳@得精準(zhǔn)數(shù)據(jù)的核心，尤其是在飛行器氣動(dòng)性能變化最為敏感的跨聲速速域內(nèi)，流場(chǎng)品質(zhì)極為重要，流場(chǎng)品質(zhì)輕微的變化都會(huì)對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜌鈩?dòng)數(shù)據(jù)造成明顯的改變。為此，保障跨聲速風(fēng)洞流場(chǎng)品質(zhì)穩(wěn)定和校準(zhǔn)是維護(hù)風(fēng)洞的基本要求，需要對(duì)跨聲速風(fēng)洞流場(chǎng)進(jìn)行階段性測(cè)量和校準(zhǔn)。在跨聲速風(fēng)洞流場(chǎng)品質(zhì)內(nèi)，空間流場(chǎng)對(duì)稱性是一項(xiàng)重要指標(biāo)，典型要求是風(fēng)洞流場(chǎng)的對(duì)稱性要足夠優(yōu)秀，越趨近于完全對(duì)稱對(duì)模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)的干擾也越小。然而，受風(fēng)洞諸多客觀條件干擾，風(fēng)洞空間流場(chǎng)很難達(dá)到到完全對(duì)稱的理想標(biāo)準(zhǔn)，解決的辦法是對(duì)空間流場(chǎng)對(duì)稱性進(jìn)行調(diào)試和測(cè)量，獲得滿足國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的流場(chǎng)。在模型試驗(yàn)中，通過(guò)空間流場(chǎng)對(duì)稱性參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)修正，獲得逼近真值的模型氣動(dòng)參數(shù)。以上過(guò)程中，對(duì)空間流場(chǎng)對(duì)稱性測(cè)量根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，可區(qū)分為全面空間流場(chǎng)對(duì)稱性測(cè)量和局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性測(cè)量，其中，包含模型區(qū)域的局部空間流場(chǎng)是流場(chǎng)測(cè)量的重點(diǎn)。傳統(tǒng)上，使用總壓十字排架對(duì)跨聲速風(fēng)洞空間流場(chǎng)對(duì)稱性進(jìn)行測(cè)量，方法是把風(fēng)洞試驗(yàn)段測(cè)量區(qū)域沿軸向劃分為若干等距截面，一次進(jìn)行一個(gè)截面的壓力測(cè)量，然后對(duì)總壓十字排架所測(cè)截面的壓力分布數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，獲得風(fēng)洞試驗(yàn)段不同截面的流場(chǎng)對(duì)稱性參數(shù)值。該方法雖然可以通過(guò)測(cè)量區(qū)域的變化，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)段沿軸向的全部區(qū)域或局部區(qū)域的空間流場(chǎng)對(duì)稱性測(cè)量，卻也存在測(cè)量車次較多、成本較高、狀態(tài)復(fù)雜等缺點(diǎn)，并且，該方法還存在不能模擬試驗(yàn)?zāi)Ｐ脱馗┭龇较蜻\(yùn)動(dòng)狀態(tài)下對(duì)局部空間流場(chǎng)測(cè)量的不足，不利于對(duì)部分模型正反裝試驗(yàn)數(shù)據(jù)差異的分析和處理。在此背景下，發(fā)明了一種使用錐柱體模型測(cè)量跨聲速風(fēng)洞局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性的簡(jiǎn)易方法，該方法克服了使用總壓十字排架測(cè)量空間流場(chǎng)對(duì)稱性的缺點(diǎn)，能夠沿俯仰方向?qū)崿F(xiàn)涵蓋模型區(qū)域的局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性測(cè)量。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種測(cè)量跨聲速風(fēng)洞試驗(yàn)段空間流場(chǎng)對(duì)稱性的簡(jiǎn)易方法，針對(duì)采用現(xiàn)有方法進(jìn)行跨聲速風(fēng)洞試驗(yàn)段局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性測(cè)量時(shí)，不能沿俯仰方向測(cè)量、試驗(yàn)成本較高、狀態(tài)復(fù)雜等的問(wèn)題，提供一種測(cè)量跨聲速風(fēng)洞試驗(yàn)段局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性的簡(jiǎn)易方法。本發(fā)明在準(zhǔn)確、可靠的基礎(chǔ)上，能盡快獲得局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性結(jié)果，以利于局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響分析，具有較好的應(yīng)用前景。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種測(cè)量跨聲速風(fēng)洞試驗(yàn)段空間流場(chǎng)對(duì)稱性的簡(jiǎn)易方法，包括如下步驟：第一步、在試驗(yàn)段壁板上安裝風(fēng)洞迎角機(jī)構(gòu)，在風(fēng)洞迎角機(jī)構(gòu)上安裝錐柱體模型；第二步、對(duì)錐柱體模型進(jìn)行空間對(duì)稱迎角校準(zhǔn)；第三步、在試驗(yàn)馬赫數(shù)下進(jìn)行階梯測(cè)壓試驗(yàn)，采集風(fēng)洞試驗(yàn)段來(lái)流總壓P0和各對(duì)稱迎角狀態(tài)下錐柱體模型各測(cè)壓面測(cè)壓點(diǎn)的壓力值Pi；第四步、計(jì)算各組空間對(duì)稱迎角狀態(tài)下錐柱體模型評(píng)判測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)的壓力恢復(fù)系數(shù)Pi/P0和馬赫數(shù)Mi；第五步、繪制各組空間對(duì)稱迎角狀態(tài)下錐柱體模型評(píng)判測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)的Pi/P0值隨錐柱體長(zhǎng)細(xì)比X/D變化的壓力恢復(fù)系數(shù)分布曲線，以及Mi值隨錐柱體長(zhǎng)細(xì)比X/D變化的馬赫數(shù)分布曲線；第六步、計(jì)算空間對(duì)稱迎角狀態(tài)下，錐柱體模型評(píng)判測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)在不同迎角時(shí)的Pi/P0和Mi的平均值[P/P0]jav和[M]jav，然后計(jì)算差量Δ[P/P0]av和Δ[M]av，從而獲得衡量空間對(duì)稱角度內(nèi)錐柱體模型測(cè)量的試驗(yàn)段局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性參數(shù)值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是：本發(fā)明使用錐柱體模型對(duì)局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性進(jìn)行測(cè)量是一種容易實(shí)現(xiàn)的有效方法，可以滿足模型正反裝試驗(yàn)數(shù)據(jù)差異排查、試驗(yàn)段局部空間流場(chǎng)檢測(cè)的需要。本發(fā)明的主要思路如下：利用錐柱體模型具有剛度大、測(cè)壓穩(wěn)定、可承載高馬赫數(shù)試驗(yàn)的特點(diǎn)，使用直接頭和轉(zhuǎn)接頭安裝于風(fēng)洞迎角機(jī)構(gòu)，進(jìn)行若干組空間對(duì)稱迎角的階梯測(cè)壓試驗(yàn)，通過(guò)測(cè)壓數(shù)據(jù)分析局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性。在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)，本發(fā)明對(duì)在空間對(duì)稱迎角狀態(tài)下，錐柱體模型外側(cè)(或內(nèi)側(cè))測(cè)壓面的測(cè)壓數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，換算成馬赫數(shù)和壓力恢復(fù)系數(shù)，進(jìn)行差量處理，以便通過(guò)該差量評(píng)價(jià)試驗(yàn)段局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性質(zhì)量。采用本發(fā)明能夠有效減少啟動(dòng)車次的次數(shù)，降低試驗(yàn)成本，便于對(duì)試驗(yàn)段局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性進(jìn)行快速檢測(cè)和分析。附圖說(shuō)明本發(fā)明將通過(guò)例子并參照附圖的方式說(shuō)明，其中：圖1為跨聲速風(fēng)洞試驗(yàn)段局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性測(cè)量方法示意圖，其中：1是試驗(yàn)段壁板；2是迎角機(jī)構(gòu)；3是直接頭；4是轉(zhuǎn)接頭；5是錐柱體模型。圖2為實(shí)施例1中空間對(duì)稱角度±2°狀態(tài)下錐柱體模型外側(cè)測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)的壓力恢復(fù)系數(shù)分布曲線P/P0～X/D圖。圖3為實(shí)施例1中空間對(duì)稱角度±2°狀態(tài)下錐柱體模型外側(cè)測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)的馬赫數(shù)分布曲線M～X/D圖。圖4為實(shí)施例1中空間對(duì)稱角度±4°狀態(tài)下錐柱體模型外側(cè)測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)的壓力恢復(fù)系數(shù)分布曲線P/P0～X/D圖。圖5為實(shí)施例1中空間對(duì)稱角度±4°狀態(tài)下錐柱體模型外側(cè)測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)的馬赫數(shù)分布曲線M～X/D圖。具體實(shí)施方式如圖1所示，一種測(cè)量跨聲速風(fēng)洞試驗(yàn)段空間流場(chǎng)對(duì)稱性的簡(jiǎn)易方法，包括如下步驟：第一步、將風(fēng)洞迎角機(jī)構(gòu)2安裝在試驗(yàn)段壁板1上，使用直接頭3和轉(zhuǎn)接頭4將外表光滑、測(cè)壓點(diǎn)通氣性和氣密性合格的錐柱體模型5安裝于風(fēng)洞迎角機(jī)構(gòu)2上，對(duì)測(cè)壓點(diǎn)進(jìn)行連接和檢測(cè)，質(zhì)量達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)；所述錐柱體模型為高速風(fēng)洞流場(chǎng)測(cè)量的通用設(shè)備。合格標(biāo)準(zhǔn)是正常讀數(shù)的測(cè)壓點(diǎn)計(jì)數(shù)不小于總測(cè)壓點(diǎn)數(shù)的98％，且不存在兩個(gè)或兩個(gè)以上相鄰測(cè)壓點(diǎn)測(cè)數(shù)異常。第二步、對(duì)錐柱體模型進(jìn)行空間對(duì)稱迎角校準(zhǔn)：所述迎角是評(píng)判試驗(yàn)段局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性的若干組空間對(duì)稱角度±α。迎角校準(zhǔn)是使用傾斜儀測(cè)量錐柱體模型5實(shí)際迎角，再通過(guò)迎角機(jī)構(gòu)2的調(diào)整把錐柱體模型的實(shí)際迎角調(diào)整到和空間對(duì)稱角度±α相等同的過(guò)程。傾斜儀也是高速風(fēng)洞通用的角度測(cè)量?jī)x器。第三步、在試驗(yàn)馬赫數(shù)下進(jìn)行階梯測(cè)壓試驗(yàn)，采集風(fēng)洞試驗(yàn)段來(lái)流總壓P0和各對(duì)稱迎角狀態(tài)下錐柱體模型各測(cè)壓面測(cè)壓點(diǎn)的壓力值Pi；第四步、計(jì)算各組空間對(duì)稱迎角狀態(tài)下錐柱體模型評(píng)判測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)的壓力恢復(fù)系數(shù)Pi/P0和馬赫數(shù)Mi；式中：Mi是指測(cè)壓點(diǎn)馬赫數(shù)，即根據(jù)錐柱體模型的評(píng)判測(cè)壓面上的各有效測(cè)壓點(diǎn)的測(cè)壓數(shù)據(jù)計(jì)算的馬赫數(shù)，Pi/P0是指各有效測(cè)壓點(diǎn)的壓力恢復(fù)系數(shù)，n是指測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)總數(shù)；評(píng)判測(cè)壓面是在各組空間對(duì)稱迎角狀態(tài)下錐柱體模型的外側(cè)測(cè)壓面，或內(nèi)側(cè)測(cè)壓面，具體對(duì)應(yīng)正迎角狀態(tài)的下測(cè)壓面和負(fù)迎角狀態(tài)的上測(cè)壓面，或正迎角狀態(tài)的上測(cè)壓面和負(fù)迎角狀態(tài)的下測(cè)壓面。有效測(cè)壓點(diǎn)是錐柱體模型零度攻角狀態(tài)時(shí)，排除被頭錐和肩部干擾的前段測(cè)壓點(diǎn)后，剩余的中段和后段的全部測(cè)壓點(diǎn)。第五步、繪制各組空間對(duì)稱迎角狀態(tài)下錐柱體模型評(píng)判測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)的Pi/P0值隨錐柱體長(zhǎng)細(xì)比X/D變化的壓力恢復(fù)系數(shù)分布曲線P/P0～X/D，以及Mi值隨錐柱體長(zhǎng)細(xì)比X/D變化的馬赫數(shù)分布曲線M～X/D，以便通過(guò)曲線直觀分析局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性；第六步、計(jì)算空間對(duì)稱迎角狀態(tài)下，錐柱體模型評(píng)判測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)在不同迎角時(shí)的Pi/P0和Mi的平均值[P/P0]jav和[M]jav，然后計(jì)算差量Δ[P/P0]av和Δ[M]av，獲得衡量空間對(duì)稱角度內(nèi)錐柱體模型測(cè)量的試驗(yàn)段局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性參數(shù)值，以便通過(guò)該參數(shù)值定量分析空間流場(chǎng)對(duì)稱性質(zhì)量。Δ[P/P0]av＝[P/P0]1av-[P/P0]2av(4)Δ[M]av＝[M]1av-[M]2av(5)所述公式(2)中，[P/P0]jav是指空間對(duì)稱迎角下評(píng)判測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)的壓力恢復(fù)系數(shù)平均值，j代表迎角不同狀態(tài)，賦值1代表正迎角，賦值2代表負(fù)迎角；所述公式(3)中，[M]jav是指空間對(duì)稱迎角下評(píng)判測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)的馬赫數(shù)平均值，j意義和賦值同公式(2)；所述公式(4)中，Δ[P/P0]av是指空間對(duì)稱迎角狀態(tài)下，評(píng)判測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)的壓力恢復(fù)系數(shù)平均值差量；所述公式(5)中，Δ[M]av是指空間對(duì)稱迎角狀態(tài)下，評(píng)判測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)的馬赫數(shù)平均值差量。實(shí)施例1：本發(fā)明使用錐柱體模型，在跨聲速風(fēng)洞試驗(yàn)段局部空間流場(chǎng)不同對(duì)稱角度狀態(tài)下進(jìn)行壓力測(cè)量，分別獲得各空間對(duì)稱角度狀態(tài)下，錐柱體模型外側(cè)(或內(nèi)側(cè))測(cè)壓面的有效測(cè)壓點(diǎn)的壓力分布數(shù)據(jù)，繪制壓力恢復(fù)系數(shù)分布P/P0～X/D曲線圖和馬赫數(shù)分布M～X/D曲線圖，利用公式計(jì)算，獲得衡量局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性的參數(shù)Δ[Pi/P0]av和Δ[M]av數(shù)據(jù)。具體通過(guò)如下的數(shù)據(jù)處理方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。以2.4米跨聲速風(fēng)洞錐柱體模型階梯測(cè)壓試驗(yàn)為例，試驗(yàn)馬赫數(shù)0.7，試驗(yàn)迎角為0°和空間對(duì)稱迎角±2°、±4°，通過(guò)錐柱體模型外側(cè)測(cè)壓面測(cè)壓數(shù)據(jù)獲得空間對(duì)稱角度內(nèi)局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性結(jié)果。錐柱體模型獲得測(cè)壓數(shù)據(jù)后，繪制壓力恢復(fù)系數(shù)分布P/P0～X/D曲線和馬赫數(shù)分布M～X/D曲線如圖2至圖5所示，利用公式(1)至公式(5)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。由于空間各對(duì)稱角度狀態(tài)下錐柱體模型測(cè)壓點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法具有相似性，以空間對(duì)稱迎角±2°狀態(tài)的錐柱體模型外側(cè)測(cè)壓面測(cè)壓點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。利用公式(1)獲得錐柱體模型測(cè)壓面測(cè)壓點(diǎn)在各迎角狀態(tài)下的壓力恢復(fù)系數(shù)Pi/P0和馬赫數(shù)Mi。根據(jù)0°迎角狀態(tài)下已獲錐柱體模型測(cè)壓數(shù)據(jù)和無(wú)干擾試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，評(píng)判錐柱體模型測(cè)壓面在X/D≥4以后的測(cè)壓點(diǎn)為有效測(cè)壓點(diǎn)。根據(jù)已獲數(shù)據(jù)Pi/P0和Mi繪制錐柱體模型外側(cè)測(cè)壓面的壓力恢復(fù)系數(shù)分布P/P0～X/D曲線圖和馬赫數(shù)分布M～X/D曲線圖，如圖2和圖3所示。利用公式(2)計(jì)算錐柱體模型外側(cè)測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)在+2°時(shí)壓力恢復(fù)系數(shù)平均值[P/P0]1av，同時(shí)計(jì)算-2°時(shí)壓力恢復(fù)系數(shù)平均值[P/P0]2av。利用公式(3)計(jì)算錐柱體模型外側(cè)測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)在+2°時(shí)馬赫數(shù)平均值[M]1av，同時(shí)計(jì)算-2°時(shí)馬赫數(shù)平均值[M]2av。利用公式(4)計(jì)算錐柱體模型外側(cè)測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)在±2°空間對(duì)稱迎角狀態(tài)下平均壓力恢復(fù)系數(shù)差量Δ[P/P0]av。利用公式(5)計(jì)算錐柱體模型外側(cè)測(cè)壓面有效測(cè)壓點(diǎn)在±2°空間對(duì)稱迎角狀態(tài)下平均馬赫數(shù)差量Δ[M]av。實(shí)施例1對(duì)局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性測(cè)量的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表1所示。表1計(jì)算結(jié)果α/°Δ[P/P0]avΔ[M]av±2°0.00022-0.00035±4°-0.000600.00092相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明沿俯仰方向?qū)崿F(xiàn)了涵蓋模型區(qū)域的局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性測(cè)量，試驗(yàn)中能夠有效減少啟動(dòng)車次的次數(shù)，降低試驗(yàn)成本，便于對(duì)試驗(yàn)段局部空間流場(chǎng)對(duì)稱性進(jìn)行快速檢測(cè)和分析。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3