[發明專利]一種通氣超空泡平衡點突變特性判定裝置及其判定方法

有效

• 申請號: 201310131913.2
• 申請日: 2013-04-16
• 公開（公告）號: CN103245485A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 趙新華;孫堯;安偉光;趙國良;韓云濤;白濤
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種通氣超空泡平衡點突變特性判定裝置，由積分運算模塊、攝動分析模塊、傳感器模塊、數據采集模塊、數據處理模塊、比較運算模塊組成，其特征在于：積分運算模塊對已有的空泡截面擴展方程進行積分運算，將積分運算結果輸入給攝動分析模塊；攝動分析模塊對通氣空泡容積進行線性化處理，輸出通氣超空泡平衡點突變的敏感參數集；傳感器模塊測量通氣空泡的敏感參數輸入給數據采集模塊；數據采集模塊將采集到的數據進行A/D轉換并輸入給數據處理模塊；數據處理模塊對獲得的敏感參數進行濾波、存儲并繪制曲線；比較分析模塊對攝動分析模塊輸出的敏感參數集與數據處理模塊的實際測量值進行比較，判定通氣超空泡平衡點發生突變特性的可能性。

2.根據權利要求1所述的一種通氣超空泡平衡點突變特性判定裝置，其特征在于：所述的傳感器模塊包括測量壓力的壓力傳感器和測量運動體加速度的加速度傳感器；數據采集模塊采用數據采集卡，數據處理模塊采用單片機，積分運算模塊采用單片機芯片、攝動分析模塊采用單片機芯片，比較運算模塊采用運算放大器芯片。

3.根據權利要求1所述的一種通氣超空泡平衡點突變特性判定裝置，其特征在于：所述的敏感參數包括壓力，運動體加速度。

4.一種通氣超空泡平衡點突變特性判定方法，其特征在于，包括如下步驟：

（1）建立空泡截面擴展方程：

∂2S(τ,t)∂t2=-k1Δp(τ,t)ρ,x(t)-l(t)≤ξ≤x(t),]]>

S(τ,τ)=πDn24,∂S(τ,τ)∂t=k1A4DnVcx]]>

式中Δp(τ,t)=p_∞(ξ)+p₁(t)-p_c(t)，其中τ≤t為截面ξ生成時間；x(t)為空泡發生器當前時刻t對應的絕對x坐標；p₁(t)為環境壓力擾動；p_c(t)為空泡內壓力；p_∞(ξ)為無窮遠處的環境壓力；l(t)為空泡長度；c_x為空泡阻力系數；k₁=4πA²,A=2為經驗常數，D_n為空化器直徑，V為實時運動體速度；

（2）對已有的空泡截面擴展方程進行積分運算：

用初始空泡長度l₀和運動體速度V_∞作為標度，對空泡截面擴展方程進行無量綱化處理：

∂2S(τ,t)∂t2=-k1σ(t)2,t-l(t)≤τ≤t]]>

其中σ(t)為空化數，空泡的閉合條件為：

S(t,t)=S(t-l(t),t)→0

對無量綱化的空泡截面擴展方程進行兩次積分得：

S(τ,t)=k1σ04[t-τ-2∫τt(t-u)σ‾(u)du]]]>

式中σ₀為自然空化數，u為積分變量，

結合空泡閉合條件獲得聯系通氣超空泡長度及空化數的積分方程：

l(t)=2∫t-l(t)t(t-u)σ‾(u)du;]]>

（3）計算出通氣超空泡的唯一平衡點，將空泡容積在平衡點處進行線性化處理，獲得線性擾動系統以及通氣超空泡可能發生突變特性的參數范圍：

空泡平衡氣體質量無量綱方程為：

ddt[(β-σ‾(t))Q(t)]=β[q·in-q·out(t)]]]>

其中β為動態相似參數，為通氣速率，為隨時間變化的泄氣速率，與聯系通氣超空泡長度及空化數的積分方程聯合，獲得通氣超空泡唯一的平衡點：

σ‾(t)=1,l(t)=1]]>

將空泡容積Q(t)=k1σ04[-l2(t)2+∫t-l(t)t(t-u)2σ‾(u)du]]]>在平衡點處進行線性化處理，得到線性擾動系統：

σ·1(t)=aσ1(t)+bi1(t)=aσ1(t)+2bϵl1(t)σ1(t)+b2ϵl1(t)-1]]>

其中a和b為參數變量，ε為無窮小量，求出線性擾動的雅可比矩陣及特征值，判定通氣超空泡可能發生突變特性的參數范圍為2.6196<β；

（4）測量通氣超空泡的敏感參數，對敏感參數進行濾波、數值比較計算、存儲并繪制曲線，通氣超空泡的敏感參數與突變臨界參數值進行比較，當敏感參數大于突變臨界參數值時判定通氣超空泡發生突變；當敏感參數小于突變臨界參數值時判定通氣超空泡不發生突變。

5.根據權利要求4所述的一種通氣超空泡平衡點突變特性判定方法，其特征在于：所述的敏感參數包括壓力，運動體加速度。