一种室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定方法

文档序号:1962690 发布日期:2021-12-14 浏览:30次 >En<

阅读说明:本技术 一种室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定方法 (Indoor open type wind tunnel test flow field uniformity stability calibration method ) 是由 成竹 曹琦 吴敬涛 张亚娟 白泽瑞 于 2021-11-18 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定方法,包括步骤:一、构建室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定系统;二、确定密闭实验室内温湿度;三、确定待测流场中心高度;四、确定开放式风洞出风速度;五、标定待测流场均匀稳定性;六、标定不同风速下待测流场均匀性和稳定性;七、标定不同高度不同风速下待测流场均匀性和稳定性;八、标定不同温湿度不同高度不同风速下待测流场均匀性和稳定性。本发明利用标定系统以便标定开放式风洞试验流场的均匀性和稳定性,标定器可升降移动、可扩展收缩,用于确定试验流场截面位置变化与气流品质的关系,另外,密闭实验室内可调节环境温湿度,进而对开放式风洞流场总体性能进行评价。(The invention discloses a method for calibrating the uniformity and stability of an indoor open type wind tunnel test flow field, which comprises the following steps: firstly, constructing an indoor open type wind tunnel test flow field uniformity stability calibration system; secondly, determining the temperature and humidity in the closed laboratory; thirdly, determining the central height of the flow field to be measured; fourthly, determining the air outlet speed of the open type wind tunnel; fifthly, calibrating the uniform stability of the flow field to be measured; sixthly, calibrating the uniformity and stability of the flow field to be measured at different wind speeds; seventhly, calibrating the uniformity and stability of the flow field to be measured under different heights and different wind speeds; and eighthly, calibrating the uniformity and stability of the flow field to be measured under different temperatures, humidity and heights and different wind speeds. The invention utilizes the calibration system to calibrate the uniformity and stability of the open wind tunnel test flow field, the calibrator can move up and down and can expand and contract to determine the relation between the change of the cross section position of the test flow field and the quality of air flow, and in addition, the environment temperature and humidity can be adjusted in a closed laboratory, thereby evaluating the overall performance of the open wind tunnel flow field.)

一种室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定方法

技术领域

本发明属于飞行器风洞试验流场均匀稳定性标定技术领域,具体涉及一种室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定方法。

背景技术

为了在气候实验室模拟飞机起飞、着陆遭遇强雨雪及浓雾等恶劣天气,目前,针对风洞气流品质的研究集中于试验区截面内各个测试点的气流特性,研究方式主要为风洞有限元仿真分析和风洞实验测试。现有风洞试验流场测量多在风洞内进行,很少有对开放式风洞试验流场进行标定测量的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定方法,在开放式风洞出风口外4m处吹风流场位置设置标定器,以便标定开放式风洞试验流场的均匀性和稳定性,标定器可升降移动、可扩展收缩,用于确定试验流场截面位置变化与气流品质的关系,另外,密闭实验室内可调节环境温湿度,进而对开放式风洞流场总体性能进行评价,便于推广使用。

为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:一种室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:

步骤一、构建室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定系统:构建室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定系统,所述室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定系统包括密闭实验室、设置在密闭实验室内的开放式风洞和用于标定开放式风洞出风口外4m处吹风流场均匀稳定性的标定器,开放式风洞底部设置有风洞升降平台,所述密闭实验室为温湿度可调式密闭实验室;

所述标定器包括标定器基础和安装在标定器基础上的背板,背板顶部安装有顶板,顶板和标定器基础上表面之间安装有主丝杆滑轴和两个分别位于主丝杆滑轴两侧的主导向杆,标定器基础内设置有用于带动主丝杆滑轴转动的主电机,主丝杆滑轴和主导向杆上套装有主滑块;主滑块远离背板的一面上安装有竖向调节箱,竖向调节箱上下两侧对称设置有竖向调节机构,所述竖向调节机构包括竖向调节丝杆滑轴和两个分别位于竖向调节丝杆滑轴两侧的竖向调节导向杆,两个竖向调节导向杆远离竖向调节箱的一端通过竖向调节限位杆连接,竖向调节丝杆滑轴和竖向调节导向杆上套装有竖向调节块,竖向调节箱内设置有用于带动竖向调节丝杆滑轴转动的竖向调节电机;竖向调节箱和竖向调节块的前侧面上均设置有横向调节机构,所述横向调节机构包括横向调节箱和两个对称在横向调节箱左右两侧的横向调节单元,所述横向调节单元包括横向调节丝杆滑轴和两个分别位于横向调节丝杆滑轴两侧的横向调节导向杆,两个横向调节导向杆远离横向调节箱的一端通过横向调节限位杆连接,横向调节丝杆滑轴和横向调节导向杆上套装有横向调节块,横向调节箱内设置有用于带动横向调节丝杆滑轴转动的横向调节电机,横向调节箱和横向调节块的前侧面上均安装有风速传感器,九个风速传感器的探测面共面;

步骤二、确定密闭实验室内温湿度;

步骤三、确定待测流场中心高度:确定待测流场中心高度,所述待测流场中心高度为主滑块中心所在高度,利用风洞升降平台调节开放式风洞高度,使开放式风洞出风口中心高度达到待测流场中心高度,将标定器中九个风速传感器的探测面正对开放式风洞,利用主电机带动主丝杆滑轴转动,进而实现主滑块在主丝杆滑轴和主导向杆上移动,直至主滑块的中心正对开放式风洞出风口中心;

步骤四、确定开放式风洞出风速度;

步骤五、标定待测流场均匀稳定性,过程如下:

步骤501、竖向调节箱安装在主滑块远离背板的一面上,位置固定不动,利用竖向调节电机带动两个竖向调节丝杆滑轴转动,进而实现两个竖向调节块在对应的竖向调节丝杆滑轴和竖向调节导向杆上移动,直至风速传感器竖向间距达到设计值;

步骤502、三个横向调节机构中横向调节箱安装在竖向调节箱和竖向调节块的前侧面上,位置固定不动,每个横向调节机构中均利用横向调节电机带动两个横向调节丝杆滑轴转动,进而实现两个横向调节块在对应的横向调节丝杆滑轴和横向调节导向杆上移动,直至风速传感器横向间距达到设计值;

步骤503、利用九个风速传感器采集流场风速值,根据公式,计算待测流场均匀性,其中,i为风速传感器的编号且i=1,2,...,9,为同一时刻下九个风速传感器风速值的平均值,为同一时刻下瞬时速度与平均速度的偏差值,即为第i个风速传感器的瞬时速度;

步骤504、根据公式,标定待测流场稳定性,其中,为一分钟内九个风速传感器中位于中心位置的风速传感器采集的最大风速,为一分钟内九个风速传感器中位于中心位置的风速传感器采集的最小风速;

步骤505、利用竖向调节电机带动两个竖向调节丝杆滑轴转动,调节两个竖向调节块之间的间距,利用横向调节电机带动两个横向调节丝杆滑轴转动,调节两个横向调节块之间的间距,进而修改风速传感器横向、竖向间距,实现九个风速传感器所占面积的大小的调节,重复步骤503和步骤504,计算九个风速传感器位置调节后所占面积的待测流场均匀性和稳定性;

步骤506、多次执行步骤505,获取九个风速传感器所占不同面积情况下的待测流场均匀性和稳定性;

步骤507、设置流场均匀性合格阈值区间和流场稳定性合格阈值区间,标定当前条件下,流场均匀性和稳定性均合格的区域;

步骤六、多次调节开放式风洞出风速度,执行步骤四和步骤五,标定不同风速下待测流场均匀性和稳定性;

步骤七、多次调节待测流场中心高度,执行步骤三至步骤六,标定不同高度不同风速下待测流场均匀性和稳定性;

步骤八、多次调节密闭实验室内温湿度,执行步骤二至步骤七,标定不同温湿度不同高度不同风速下待测流场均匀性和稳定性。

上述的一种室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定方法,其特征在于:所述主电机上安装有主电机编码器,竖向调节电机上安装有竖向调节编码器,横向调节电机上安装有横向调节编码器,竖向调节电机和横向调节电机均为双输出轴电机,主电机、竖向调节电机和横向调节电机均由控制器控制,主电机编码器、竖向调节编码器、横向调节编码器和风速传感器的信号输出端均与控制器的输入端连接。

上述的一种室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定方法,其特征在于:所述控制器上连接有定时器和通信模块,控制器通过通信模块与计算机通信。

上述的一种室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定方法,其特征在于:所述风洞升降平台为液压升降平台,液压升降平台的液压泵和开放式风洞内的风洞风机均由计算机控制,计算机的输入端连接有用于测量液压升降平台升降高度的测距仪。

上述的一种室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定方法,其特征在于:所述风速传感器为压差式风速传感器。

上述的一种室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定方法,其特征在于:所述定时器定时风速传感器采样频率为30s,一分钟内九个风速传感器采集120个风速值。

上述的一种室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定方法,其特征在于:待测流场中心高度为3m~9m;开放式风洞出风速度为5m/s~56m/s。

本发明与现有技术相比具有以下优点:

1、本发明利用九个风速传感器采集同一温湿度同一高度同一风速同一时刻下流场风速值,计算待测流场均匀性,利用九个风速传感器中位于中心位置的风速传感器采集同一温湿度同一高度不同风速一分钟内流场风速最大值和最小值,计算待测流场稳定性。

2、本发明标定器利用主滑块带动横向调节机构、竖向调节箱和竖向调节机构整体上下移动,满足不同高度开放式风洞吹风试验需求,竖向调节箱和竖向调节机构配合调节风速传感器上下间距,横向调节机构配合调节风速传感器左右间距,进而实现九个风速传感器所占面积的大小的调节,标定器升降移动、可扩展收缩性好,可靠稳定,使用效果好。

3、本发明通过在开放式风洞底部设置风洞升降平台调节开放式风洞高度,进而模拟不同高度开放式风洞吹风试验,同时在开放式风洞出风口外4m处吹风流场位置设置标定器,配合确定试验流场截面位置变化与气流品质的关系,便于推广使用。

4、本发明设计新颖合理,密闭实验室内可调节环境温湿度,利用九个风速传感器采集不同温湿度不同高度不同风速同一时刻下流场风速值,计算待测流场均匀性,利用九个风速传感器中位于中心位置的风速传感器采集不同温湿度不同高度不同风速一分钟内流场风速最大值和最小值,计算待测流场稳定性,进而对开放式风洞流场总体性能进行评价,便于推广使用。

综上所述,本发明在开放式风洞出风口外4m处吹风流场位置设置标定器,以便标定开放式风洞试验流场的均匀性和稳定性,标定器可升降移动、可扩展收缩,用于确定试验流场截面位置变化与气流品质的关系,另外,密闭实验室内可调节环境温湿度,进而对开放式风洞流场总体性能进行评价,便于推广使用。

下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明标定系统的结构示意图。

图2为本发明标定器的结构示意图。

图3为本发明标定器去除横向调节机构的结构示意图。

图4为本发明标定系统的电路原理框图。

图5为本发明的方法流程框图。

附图标记说明:

1—标定器基础; 2—背板; 3—顶板;

4—主丝杆滑轴; 5—主导向杆; 6—主滑块;

7—竖向调节箱; 8—竖向调节丝杆滑轴; 9—竖向调节导向杆;

10—竖向调节限位杆; 11—竖向调节块;

12—横向调节丝杆滑轴; 13—横向调节导向杆;

14—横向调节限位杆; 15—横向调节块;

16—风速传感器; 17—密闭实验室; 18—风洞升降平台;

19—开放式风洞; 20—横向调节箱; 21—控制器;

22—主电机; 23—主电机编码器; 24—竖向调节电机;

25—竖向调节编码器; 26—横向调节电机; 27—横向调节编码器;

28—定时器; 29—通信模块; 30—计算机;

31—风洞风机; 32—液压泵; 33—测距仪。

具体实施方式

如图1至图5所示,本发明的一种室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定方法,包括以下步骤:

步骤一、构建室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定系统:构建室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定系统,所述室内开放式风洞试验流场均匀稳定性标定系统包括密闭实验室17、设置在密闭实验室17内的开放式风洞19和用于标定开放式风洞19出风口外4m处吹风流场均匀稳定性的标定器,开放式风洞19底部设置有风洞升降平台18,所述密闭实验室17为温湿度可调式密闭实验室;

所述标定器包括标定器基础1和安装在标定器基础1上的背板2,背板2顶部安装有顶板3,顶板3和标定器基础1上表面之间安装有主丝杆滑轴4和两个分别位于主丝杆滑轴4两侧的主导向杆5,标定器基础1内设置有用于带动主丝杆滑轴4转动的主电机22,主丝杆滑轴4和主导向杆5上套装有主滑块6;主滑块6远离背板2的一面上安装有竖向调节箱7,竖向调节箱7上下两侧对称设置有竖向调节机构,所述竖向调节机构包括竖向调节丝杆滑轴8和两个分别位于竖向调节丝杆滑轴8两侧的竖向调节导向杆9,两个竖向调节导向杆9远离竖向调节箱7的一端通过竖向调节限位杆10连接,竖向调节丝杆滑轴8和竖向调节导向杆9上套装有竖向调节块11,竖向调节箱7内设置有用于带动竖向调节丝杆滑轴8转动的竖向调节电机24;竖向调节箱7和竖向调节块11的前侧面上均设置有横向调节机构,所述横向调节机构包括横向调节箱20和两个对称在横向调节箱20左右两侧的横向调节单元,所述横向调节单元包括横向调节丝杆滑轴12和两个分别位于横向调节丝杆滑轴12两侧的横向调节导向杆13,两个横向调节导向杆13远离横向调节箱20的一端通过横向调节限位杆14连接,横向调节丝杆滑轴12和横向调节导向杆13上套装有横向调节块15,横向调节箱20内设置有用于带动横向调节丝杆滑轴12转动的横向调节电机26,横向调节箱20和横向调节块15的前侧面上均安装有风速传感器16,九个风速传感器16的探测面共面;

步骤二、确定密闭实验室内温湿度;

步骤三、确定待测流场中心高度:确定待测流场中心高度,所述待测流场中心高度为主滑块6中心所在高度,利用风洞升降平台18调节开放式风洞19高度,使开放式风洞19出风口中心高度达到待测流场中心高度,将标定器中九个风速传感器16的探测面正对开放式风洞19,利用主电机22带动主丝杆滑轴4转动,进而实现主滑块6在主丝杆滑轴4和主导向杆5上移动,直至主滑块6的中心正对开放式风洞19出风口中心;

步骤四、确定开放式风洞出风速度;

步骤五、标定待测流场均匀稳定性,过程如下:

步骤501、竖向调节箱7安装在主滑块6远离背板2的一面上,位置固定不动,利用竖向调节电机24带动两个竖向调节丝杆滑轴8转动,进而实现两个竖向调节块11在对应的竖向调节丝杆滑轴8和竖向调节导向杆9上移动,直至风速传感器16竖向间距达到设计值;

步骤502、三个横向调节机构中横向调节箱20安装在竖向调节箱7和竖向调节块11的前侧面上,位置固定不动,每个横向调节机构中均利用横向调节电机26带动两个横向调节丝杆滑轴12转动,进而实现两个横向调节块15在对应的横向调节丝杆滑轴12和横向调节导向杆13上移动,直至风速传感器16横向间距达到设计值;

步骤503、利用九个风速传感器16采集流场风速值,根据公式,计算待测流场均匀性,其中,i为风速传感器的编号且i=1,2,...,9,为同一时刻下九个风速传感器风速值的平均值,为同一时刻下瞬时速度与平均速度的偏差值,即为第i个风速传感器的瞬时速度;

步骤504、根据公式,标定待测流场稳定性,其中,为一分钟内九个风速传感器中位于中心位置的风速传感器采集的最大风速,为一分钟内九个风速传感器中位于中心位置的风速传感器采集的最小风速;

步骤505、利用竖向调节电机24带动两个竖向调节丝杆滑轴8转动,调节两个竖向调节块11之间的间距,利用横向调节电机26带动两个横向调节丝杆滑轴12转动,调节两个横向调节块15之间的间距,进而修改风速传感器16横向、竖向间距,实现九个风速传感器16所占面积的大小的调节,重复步骤503和步骤504,计算九个风速传感器16位置调节后所占面积的待测流场均匀性和稳定性;

步骤506、多次执行步骤505,获取九个风速传感器16所占不同面积情况下的待测流场均匀性和稳定性;

步骤507、设置流场均匀性合格阈值区间和流场稳定性合格阈值区间,标定当前条件下,流场均匀性和稳定性均合格的区域;

步骤六、多次调节开放式风洞出风速度,执行步骤四和步骤五,标定不同风速下待测流场均匀性和稳定性;

步骤七、多次调节待测流场中心高度,执行步骤三至步骤六,标定不同高度不同风速下待测流场均匀性和稳定性;

步骤八、多次调节密闭实验室内温湿度,执行步骤二至步骤七,标定不同温湿度不同高度不同风速下待测流场均匀性和稳定性。

需要说明的是,利用九个风速传感器采集同一温湿度同一高度同一风速同一时刻下流场风速值,计算待测流场均匀性,利用九个风速传感器中位于中心位置的风速传感器采集同一温湿度同一高度不同风速一分钟内流场风速最大值和最小值,计算待测流场稳定性;标定器利用主滑块带动横向调节机构、竖向调节箱和竖向调节机构整体上下移动,满足不同高度开放式风洞吹风试验需求,竖向调节箱和竖向调节机构配合调节风速传感器上下间距,横向调节机构配合调节风速传感器左右间距,进而实现九个风速传感器所占面积的大小的调节,标定器升降移动、可扩展收缩性好,可靠稳定;通过在开放式风洞底部设置风洞升降平台调节开放式风洞高度,进而模拟不同高度开放式风洞吹风试验,同时在开放式风洞出风口外4m处吹风流场位置设置标定器,配合确定试验流场截面位置变化与气流品质的关系,密闭实验室内可调节环境温湿度,利用九个风速传感器采集不同温湿度不同高度不同风速同一时刻下流场风速值,计算待测流场均匀性,利用九个风速传感器中位于中心位置的风速传感器采集不同温湿度不同高度不同风速一分钟内流场风速最大值和最小值,计算待测流场稳定性,进而对开放式风洞流场总体性能进行评价,方法步骤简单。

本实施例中,所述主电机22上安装有主电机编码器23,竖向调节电机24上安装有竖向调节编码器25,横向调节电机26上安装有横向调节编码器27,竖向调节电机24和横向调节电机26均为双输出轴电机,主电机22、竖向调节电机24和横向调节电机26均由控制器21控制,主电机编码器23、竖向调节编码器25、横向调节编码器27和风速传感器16的信号输出端均与控制器21的输入端连接。

需要说明的是,竖向调节电机24和横向调节电机26均为双输出轴电机,结构对称,输出同步效果好,实现九个风速传感器阵列间距调节效果好,主电机编码器23、竖向调节编码器25和横向调节编码器27的信号输出端均与控制器21的输入端连接,利用编码器采集电机转动圈数,通过电机转动圈数换算滑块、调节块的移动距离,计数测距精确。

本实施例中,所述控制器21上连接有定时器28和通信模块29,控制器21通过通信模块29与计算机30通信。

需要说明的是,控制器21上连接有定时器28,可实现风速传感器不同频次的数据采集,获取风洞试验流场稳定性标定效果,利用通信模块29与计算机30通信,实现标定器自主自动使用,实现无人化控制。

本实施例中,所述风洞升降平台18为液压升降平台,液压升降平台的液压泵32和开放式风洞19内的风洞风机31均由计算机30控制,计算机30的输入端连接有用于测量液压升降平台升降高度的测距仪33。

需要说明的是,所述密闭实验室17为温湿度可调式密闭实验室,开放式风洞19内的风洞风机31均由计算机30控制,计算机30的输入端连接有用于测量液压升降平台升降高度的测距仪33,可实现不同温湿度、不同风速、不同高度下风洞试验流场标定。

本实施例中,所述风速传感器16为压差式风速传感器。

本实施例中,所述定时器28定时风速传感器采样频率为30s,一分钟内九个风速传感器16采集120个风速值。

本实施例中,待测流场中心高度为3m~9m;开放式风洞出风速度为5m/s~56m/s。

以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化,均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

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