一种用于风洞气动热试验的点式热流传感器安装方法
阅读说明：本技术 一种用于风洞气动热试验的点式热流传感器安装方法 (Point type heat flow sensor installation method for wind tunnel pneumatic heat test ) 是由 陈挺 石义雷 赵金山 张志刚 廖军好 粟斯尧 肖雨 余嘉 罗万清 王勇 于 2021-10-13 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于风洞气动热试验的点式热流传感器安装方法。该方法建立数值试验模型；计算典型区域位置点的热流值q0；设置点式热流传感器安装点；设置点式热流传感器安装点的安装高度误差序列；计算点式热流传感器安装点的气动热流值序列；计算点式热流传感器安装点的气动热流值序列与热流值q0的相对偏差序列；计算点式热流传感器的安装高度最大误差h0；检查实物试验模型的点式热流传感器的高度安装误差,判定安装是否合格,并进行整改,直至安装合格。该方法能够减小点式热流传感器的安装误差,提升风洞气动热试验的测量数据精度。(The invention discloses a point type heat flow sensor installation method for a wind tunnel aerodynamic heat test. The method establishes a numerical test model; calculating a heat flow value q0 of a typical region position point; setting a point type heat flow sensor mounting point; setting a mounting height error sequence of a mounting point of a point type heat flow sensor; calculating a pneumatic heat flow value sequence of a point type heat flow sensor mounting point; calculating a relative deviation sequence of the pneumatic heat flow value sequence of the point type heat flow sensor mounting point and the heat flow value q 0; calculating the maximum error h0 of the installation height of the point type heat flow sensor; and (4) checking the height installation error of the point type heat flow sensor of the physical test model, judging whether the installation is qualified, and rectifying and modifying until the installation is qualified. The method can reduce the installation error of the point type heat flow sensor and improve the measurement data precision of the wind tunnel pneumatic thermal test.)
技术领域
本发明属于地面风洞试验测试技术领域，具体涉及一种用于风洞气动热试验的点式热流传感器安装方法。
背景技术
准确的风洞气动热试验测量结果不仅为飞行器热防护设计提供支撑，也是验证各种理论计算方法的依据，但是影响风洞气动热试验测量结果的因素较多，热流传感器的安装误差就是重要影响因素之一。
在实物试验模型表面安装点式热流传感器，将不可避免的会使实物试验模型表面受到一定程度的破坏。而且，相对于实物试验模型表面，点式热流传感器安装的高低差别总是存在的，因而实物试验模型表面总是或多或少地有些凸起或凹陷，也就是说，点式热流传感器的安装工艺误差会造成试验模型表面产生不规则的粗糙度。这些都会使点式热流传感器安装点的局部气流受到扰动，局部流场特性发生改变，从而对实物试验模型表面的热流率产生影响。
从实物试验模型表面边界层内的流动来看，每个点式热流传感器相当于一个粗糙元，将对气流产生一定的扰动，这些扰动对热流测量结果的影响程度，不仅与点式热流传感器布置的疏密程度和流场的流动状态有关，还与点式热流传感器相对于模型表面凸起/凹陷/倾斜的高度密切相关。当点式热流传感器相对于实物试验模型表面凸起/凹陷/倾斜的高度较小时，扰动衰减很快，不会对流场和试验结果造成影响，但是当点式热流传感器相对于模型表面凸起/凹陷/倾斜的高度增大到特定高度时，扰动会进一步放大，甚至出现分流涡现象，从而对局部流场结构和气动热试验结果造成影响。
可以想象，这种由于点式热流传感器的安装工艺误差产生的粗糙度对试验结果具有较大的影响，不仅会使热流分布发生波动，而且每个安装点的热流值测量值与无扰动情况的真实热流值会有较大差别。
当前，迫切需要发展一种能够减小安装误差的用于风洞气动热试验的点式热流传感器安装方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于风洞气动热试验的点式热流传感器安装方法。
本发明的用于风洞气动热试验的点式热流传感器安装方法，包括以下步骤：
S1.建立数值试验模型；
通过CAD软件，建立实物试验模型的数值试验模型；
S2.计算典型区域位置点的热流值q0；
在风洞试验条件下，通过数值模拟方法计算数值试验模型的流场和气动热数值，获取数值试验模型的流场结构参数和数值试验模型表面的典型区域位置点的热流值q0；
S3.设置点式热流传感器安装点；
在典型区域位置点设置点式热流传感器安装点，点式热流传感器安装点的直径与点式热流传感器的实物直径相同；
S4.设置点式热流传感器安装点的安装高度误差序列；
设置点式热流传感器安装点的安装高度误差序列为{±0.5h,±h,±2h,±3h,±4h, ±5h,…}，0.1≤h≤0.3，其中，+号表示点式热流传感器安装点凸出或者倾斜向上高出试验模型表面的高度，−号表示点式热流传感器安装点凹陷或者倾斜向下低于试验模型表面的高度；
S5.计算点式热流传感器安装点的气动热流值序列；
按照高度误差序列，通过数值模拟方法计算点式热流传感器安装点对应的气动热流值q，得到点式热流传感器安装点的气动热流值序列；
S6.计算点式热流传感器安装点的气动热流值序列与热流值q0的相对偏差序列；
按照高度误差序列，计算点式热流传感器安装点的气动热流值序列与热流值q0的相对偏差B(h)=(q-q0)/q0，得到点式热流传感器安装点的气动热流相对偏差序列；
S7.计算点式热流传感器的安装高度最大误差h0；
按照高度误差序列，计算点式热流传感器安装点的气动热流相对偏差的绝对值abs(B(h))，得到点式热流传感器安装点的气动热流相对偏差绝对值序列，取0.05≤N≤0.1，当abs(B(h))≤N时，对应的安装高度误差序列中的最大值的绝对值为安装高度最大误差h0；
S8.检查实物试验模型的点式热流传感器的高度安装误差，判定安装是否合格，并进行整改，直至安装合格；
按照步骤S2的设置，在实物试验模型表面安装点式热流传感器，利用传感器安装精度检测仪对点式热流传感器的安装误差δ进行检测，当安装误差绝对值abs(δ)≤h0时，安装合格，否则安装不合格，重新安装，直至安装合格。
进一步地，所述的数值模拟方法为求解NS方程组。
本发明的用于风洞气动热试验的点式热流传感器安装方法，主要是通过数值模拟方法对数值试验模型的典型区域位置点开展点式热流传感器的安装误差对气动热测量结果的影响分析，给出该典型区域位置点的点式热流传感器的安装高度最大误差h0，采用传感器安装精度检测仪对该典型区域位置点的点式热流传感器的安装高度误差δ进行检测，并判定该典型区域位置点的点式热流传感器的安装是否有效，是否可用于风洞气动热试验测量。
本发明的用于风洞气动热试验的点式热流传感器安装方法能够减小点式热流传感器的安装误差，提升风洞气动热试验的测量数据精度。
附图说明
图1为本发明的用于风洞气动热试验的点式热流传感器安装方法的流程图；
图2a为实施例1获得的局部热流云图（凸起0.05mm）；
图2b为实施例1获得的局部热流云图（凸起0.1mm）；
图2c为实施例1获得的局部热流云图（凹陷0.05mm）；
图2d为实施例1获得的局部热流云图（凹陷0.1mm）。
具体实施方式
下面结合附图附表和实施例详细说明本发明。
如图1所示，本发明的用于风洞气动热试验的点式热流传感器安装方法，包括以下步骤：
S1.建立数值试验模型；
通过CAD软件，建立实物试验模型的数值试验模型；
S2.计算典型区域位置点的热流值q0；
在风洞试验条件下，通过数值模拟方法计算数值试验模型的流场和气动热数值，获取数值试验模型的流场结构参数和数值试验模型表面的典型区域位置点的热流值q0；
S3.设置点式热流传感器安装点；
在典型区域位置点设置点式热流传感器安装点，点式热流传感器安装点的直径与点式热流传感器的实物直径相同；
S4.设置点式热流传感器安装点的安装高度误差序列；
设置点式热流传感器安装点的安装高度误差序列为{±0.5h,±h,±2h,±3h,±4h, ±5h,…}，0.1≤h≤0.3，其中，+号表示点式热流传感器安装点凸出或者倾斜向上高出试验模型表面的高度，−号表示点式热流传感器安装点凹陷或者倾斜向下低于试验模型表面的高度；
S5.计算点式热流传感器安装点的气动热流值序列；
按照高度误差序列，通过数值模拟方法计算点式热流传感器安装点对应的气动热流值q，得到点式热流传感器安装点的气动热流值序列；
S6.计算点式热流传感器安装点的气动热流值序列与热流值q0的相对偏差序列；
按照高度误差序列，计算点式热流传感器安装点的气动热流值序列与热流值q0的相对偏差B(h)=(q-q0)/q0，得到点式热流传感器安装点的气动热流相对偏差序列；
S7.计算点式热流传感器的安装高度最大误差h0；
按照高度误差序列，计算点式热流传感器安装点的气动热流相对偏差的绝对值abs(B(h))，得到点式热流传感器安装点的气动热流相对偏差绝对值序列，取0.05≤N≤0.1，当abs(B(h))≤N时，对应的安装高度误差序列中的最大值的绝对值为安装高度最大误差h0；
S8.检查实物试验模型的点式热流传感器的高度安装误差，判定安装是否合格，并进行整改，直至安装合格；
按照步骤S2的设置，在实物试验模型表面安装点式热流传感器，利用传感器安装精度检测仪对点式热流传感器的安装误差δ进行检测，当安装误差绝对值abs(δ)≤h0时，安装合格，否则安装不合格，重新安装，直至安装合格。
进一步地，所述的数值模拟方法为求解NS方程组。
实施例1
本实施例的实物试验模型为平板，来流马赫数Ma∞=12.0，来流单位雷诺数Re∞=4.03×106/m，典型区域位置点距离平板模型头部约0.22m，直径为2mm，凸起/凹陷高度为0.05mm和0.1mm，攻角为0°。获得的局部热流云图见图2a~图2d，获得的气动热流值、气动热流值和h0值见表1。
从图2a~图2d中可以看出，由于模拟点式热流传感器安装凸起/凹陷导致平板不连续，使得局部热流出现强烈的间断分布。可以看出，对于传感器凸起/凹陷不同高度时其B(h)值是有明显区别的，取N=0.05，比较分析可知，只有凸起0.05mm时满足abs(B(h))≤0.05，可以确定此区域的h0=0.05mm，然后利用传感器安装精度检测仪对平板在此区域的点式热流传感器安装误差进行检测，当检测结果δ≤0.05mm时，安装合格，可用于风洞气动热试验测量。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的高超声速气动热地面风洞试验测试技术领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。