[發明專利]一種用于直流吸氣式風洞翼型氣動特性實驗的測量方法

在審

• 申請號: 202011353726.5
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112729748A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 楊華;宗旺旺;楊俊偉;付士鳳;朱衛軍;李廼璐;陳東陽;孫振業
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: G01M9/02
• 分類號: G01M9/02;G01M9/04;G01M9/06
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 董旭東;陳棟智

1.一種用于直流吸氣式風洞翼型氣動特性實驗的測量方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)在風洞底部用鋁合金方管安裝支撐架，在支撐架上固定支撐平板，支撐平板設計時留有與六分量天平連接固定的螺紋孔；

步驟2)將六分量天平與支撐平板上預留的螺紋孔連接，伺服電機通過兩個工字架與六分量天平連接，工字架的底部與六分量天平上的螺紋孔相連，頂部與伺服電機通過預留孔用螺栓連接；

步驟3)風洞試驗段放置翼型段，翼型段轉軸通過聯軸器與伺服電機連接，翼型段轉軸上還安裝攻角轉盤，攻角轉盤側面上布置有多個測壓孔，由毛細鋼管和塑膠軟管延伸連接至壓力掃描閥，且翼型段轉軸上安裝有中空軸旋轉角度電位器，翼型段中截面附近布置多排測壓孔，由毛細鋼管及塑膠軟管連接至壓力掃描閥，翼型段轉軸上端通過軸承固定在風洞試驗段上表面；安裝布置三維可移動支架和熱線風速儀，將熱線探頭布置在翼型尾緣正后方位置；

步驟4)設備安全性檢查包括：底部支撐架螺栓是否擰死固定；支撐平板與支撐架固定螺栓有無松動；六分量天平與支撐平板螺絲是否擰死；工字架與六分量天平和伺服電機的連接螺栓是否松動；聯軸器與伺服電機軸和翼型段轉軸是否固定；檢查伺服電機與伺服電機控制器電路是否正確連接并且正常運行；檢查測壓孔是否都正確連接至壓力掃描閥，確保每條管道都保持通暢無堵塞情況；確保風洞內部清潔；

步驟5)調節伺服電機控制器參數，控制伺服電機確定翼型段攻角，啟動風洞，調節控制柜頻率獲得設定風速；

步驟6)設定壓力傳感器的采樣頻率及采樣時間，重復步驟(5)，依次采集不同風速和攻角下翼型段的靜態壓力數據；

步驟7)調節伺服電機控制器設定翼型俯仰運動的平均迎角、振幅和頻率；啟動風洞，使來流風速達到設定風速；打開空氣壓縮機，由塑膠軟管將氣流引至圓盤俯仰運動時邊界攻角處，設定壓力傳感器的采樣頻率及采樣時間；

步驟8)采集當前風速、平均迎角、振幅和頻率下翼型段的瞬時動態壓力數據；

步驟9)依次改變風速、平均迎角、振幅和頻率，重復步驟(8)，完成翼型在不同風速、平均迎角、振幅和頻率下所有工況的壓力數據的采集；

步驟10)調節伺服電機控制器設定翼型俯仰運動的平均迎角、振幅和頻率；啟動風洞，使來流風速達到設定風速；設定熱線風速儀的采樣頻率及采樣時間；

步驟11)依次改變風速、平均迎角、振幅和頻率，重復步驟(10)，采集當前風速、平均迎角、振幅和頻率下翼型段尾跡的瞬時脈動速度數據；

步驟12)數據處理，計算各工況下翼型的壓力系數，升阻力系數，瞬時尾跡變化，分析不同工況下翼型的氣動特性。

2.根據權利要求1所述的一種用于直流吸氣式風洞翼型氣動特性實驗的測量方法，其特征在于，步驟12)處理數據通過式(1)計算三次樣條插值系數，并通過式(2)確定翼型俯仰運動周期并與攻角變化關系:

y_i＝a_i+b_i(x-x_i)+c_i(x-x_i)²+d_i(x-x_i)³ (2)

式中：i取值為0至n-1的整數，n為樣條數據節點，h_i為計算步長，m_i為二次微分值，a_i、b_i、c_i、d_i為樣條曲線系數，x_i為壓力掃描閥采集的對應攻角序列時刻的瞬時壓力數據，x為期望的瞬時期望的攻角序列；y_i為期望的攻角對應的瞬時壓力數據。

3.根據權利要求1所述的一種用于直流吸氣式風洞翼型氣動特性實驗的測量方法，其特征在于，步驟12)數據處理采用式(3)零相位低通濾波器對熱線風速儀采集的中空軸旋轉角度電位器電信號進行濾波處理：

式中：傳輸函數其中H_g(w)為濾波器的增益，為濾波器的相位。win_2N-1(n)是卷積窗函數序列，d為時域傳遞函數。

4.根據權利要求1所述的一種用于直流吸氣式風洞翼型氣動特性實驗的測量方法，其特征在于，步驟12)數據處理中實驗時考慮風洞洞壁會改變翼型周圍的流動，利用式(4)將二維風洞中測得的翼型數據可通過如下式修正到自由流中：

式中：c_l為翼型升力系數，c_d為翼型阻力系數，c_m為翼型力矩系數，Ma為馬赫數，τ和σ是翼型相對于風洞尺寸的參數，具體為τ＝0.25(c/k)、σ＝π²/48(c/k)²，c為翼型弦長、k為風洞試驗段的比值，Λ為翼型形狀的無量綱參數，上標‘表示為翼型上游來流，翼型參數上標’表示風洞測試所得未修正參數。