[發(fā)明專利]一種亞聲速風(fēng)洞可壓縮流體擾動模態(tài)測量結(jié)果解算方法

有效

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• 申請日: 2020-07-10
• 公開（公告）號: CN111766039B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 杜鈺鋒;林俊;王勛年
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空氣動力研究與發(fā)展中心高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/08
• 分類號: G01M9/08;G01M9/06
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 王丹

本發(fā)明公開了一種亞聲速風(fēng)洞可壓縮流體擾動模態(tài)測量結(jié)果解算方法。該方法包括以下步驟：(1)數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)備；(2)利用熱線風(fēng)速儀測量亞聲速風(fēng)洞試驗(yàn)段流場脈動量，獲得質(zhì)量流量脈動、總溫脈動、質(zhì)量流量脈動與總溫脈動互相關(guān)量；(3)熵模態(tài)為0的前提下，推導(dǎo)并求解聲模態(tài)與渦模態(tài)；(4)推導(dǎo)并求解流場基本物理量聲模態(tài)與渦模態(tài)分量。該方法獲得了亞聲速風(fēng)洞可壓縮流體中的擾動模態(tài)及流場基本物理量聲模態(tài)與渦模態(tài)分量的具體表達(dá)式，并利用熱線風(fēng)速儀測量結(jié)果求解了流場的聲模態(tài)與渦模態(tài)，以及流場基本物理量的聲模態(tài)與渦模態(tài)分量，為亞聲速風(fēng)洞可壓縮流體擾動模態(tài)分析提供了一種可行的方法，為新建風(fēng)洞的流場品質(zhì)評估提供技術(shù)支持。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于試驗(yàn)空氣動力學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種亞聲速風(fēng)洞可壓縮流體擾動模態(tài)測量結(jié)果解算方法。

背景技術(shù)

眾所周知，風(fēng)洞試驗(yàn)段的核心流區(qū)域是經(jīng)過整流裝置整流后風(fēng)洞中流場品質(zhì)最好的區(qū)域，但盡管如此，進(jìn)入風(fēng)洞試驗(yàn)段的自由來流仍然具有非定常特性。自由來流擾動會對風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果的精度產(chǎn)生影響，致使風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生誤差，風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果誤差對于飛行器設(shè)計(jì)而言即意味著升力、阻力系數(shù)等氣動參數(shù)存在設(shè)計(jì)誤差，進(jìn)而會導(dǎo)致飛行器載重量存在估算誤差，嚴(yán)重制約了飛行器的經(jīng)濟(jì)性與安全性。因此，對自由來流擾動進(jìn)行精確量化評估就顯得尤為重要。

自由來流擾動是由三種基本擾動模態(tài)疊加構(gòu)成的，分別為：聲模態(tài)、渦模態(tài)及熵模態(tài)，且三種擾動模態(tài)的構(gòu)成成分不盡相同。聲模態(tài)是由等熵狀態(tài)下的壓力脈動、密度脈動、溫度脈動及無旋速度脈動構(gòu)成的；渦模態(tài)是由有旋速度脈動構(gòu)成的；熵模態(tài)是由定壓狀態(tài)下的熵脈動、密度脈動與溫度脈動構(gòu)成的。由于三種擾動模態(tài)的構(gòu)成成分不同，其產(chǎn)生機(jī)制也不盡相同。一般來說，湍流邊界層是聲模態(tài)的主要來源，風(fēng)洞中的蜂窩器與阻尼網(wǎng)等是渦模態(tài)的主要來源，流場中的非均勻溫度場是熵模態(tài)的主要來源。三種擾動模態(tài)不僅產(chǎn)生機(jī)制不同，其對流動現(xiàn)象的作用機(jī)理也不相同。例如，Kendall在1998年發(fā)表的研究成果中指出，自由來流擾動中的有旋成分(渦模態(tài))是引發(fā)邊界層轉(zhuǎn)捩過程中三維breakdown過程的誘因，而自由來流擾動中的無旋成分(主要是聲模態(tài))是觸發(fā)二維TS波初始幅值的主要因素，不同擾動模態(tài)對邊界層轉(zhuǎn)捩的作用機(jī)理存在差異，在邊界層轉(zhuǎn)捩的預(yù)測與控制中也存在不同的作用。

綜合以上分析可知：為了能夠精確定量分析不同擾動模態(tài)在風(fēng)洞中的源頭并加以抑制，以提升風(fēng)洞流場品質(zhì)，提高風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果精度，并且為了能夠精確定量分析不同擾動模態(tài)對流動現(xiàn)象的影響機(jī)理，需要對風(fēng)洞試驗(yàn)段中的不同擾動模態(tài)均進(jìn)行量化評估。目前，亞聲速風(fēng)洞可壓縮流速域在眾多客機(jī)、軍用運(yùn)輸機(jī)、遠(yuǎn)程戰(zhàn)略轟炸機(jī)、預(yù)警機(jī)及加油機(jī)等先進(jìn)大型飛機(jī)的氣動力評估及氣動外形精細(xì)化設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要作用，但正是由于其中的自由來流擾動模態(tài)沒有進(jìn)行量化評估，導(dǎo)致無法精確量化試驗(yàn)結(jié)果的精度。

當(dāng)前，亟需發(fā)展一種亞聲速風(fēng)洞可壓縮流體擾動模態(tài)測量結(jié)果解算方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種亞聲速風(fēng)洞可壓縮流體擾動模態(tài)測量結(jié)果解算方法。

本發(fā)明的亞聲速風(fēng)洞可壓縮流體擾動模態(tài)測量結(jié)果解算方法包括以下步驟：

a.將一維熱線探針安裝在支桿上，并將支桿固定在夾持機(jī)構(gòu)上，將整個(gè)夾持機(jī)構(gòu)安裝在待測亞聲速風(fēng)洞試驗(yàn)段中；

b.開啟待測亞聲速風(fēng)洞，在來流馬赫數(shù)M下，利用熱線風(fēng)速儀對亞聲速風(fēng)洞試驗(yàn)段流場脈動量進(jìn)行測量，獲得質(zhì)量流量脈動總溫脈動及質(zhì)量流量脈動與總溫脈動的互相關(guān)量m為來流質(zhì)量流量，T₀為來流總溫，Δ表示脈動值，表示平均值；

c.亞聲速風(fēng)洞可壓縮流動為等熵流動，熵模態(tài)為0；

d.對聲模態(tài)與渦模態(tài)的量值進(jìn)行求解，聲模態(tài)與渦模態(tài)的表達(dá)式為：

以上兩式中，P為聲模態(tài)，ω為渦模態(tài)，γ為比熱比，α與β為與馬赫數(shù)和比熱比有關(guān)的參數(shù)，其表達(dá)式為：