[發明專利]一種基于暫沖氣源的大流量高穩定馬赫數風洞快速調節系統及方法

在審

• 申請號: 202110293279.7
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113008507A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 李凌蔚;張興龍;吳宋偉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01M9/02
• 分類號: G01M9/02;G01M9/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于暫沖氣源的大流量高穩定馬赫數風洞快速調節系統及方法，其特征是結構包括暫沖氣源、主閥、輔閥、噴管、壓力傳感器、馬赫數傳感器及控制單元；所述暫沖氣源包括空氣壓縮機組和高壓球罐，氣源輸出大流量氣流，經過主閥和輔閥調節后，通過噴管射出；所述主閥為大流量調節閥，輔閥為小流量調節閥，輔閥具有更快的調節速度和更高的調節精度；所述噴管為出口面積一定的收縮噴管；所述控制單元根據馬赫數指令、馬赫數傳感器測得的實際馬赫數及壓力傳感器測得的當前暫沖氣源壓力，計算出控制指令對主閥、輔閥進行開度控制。

2.根據權利要求1所述的一種基于暫沖氣源的大流量高穩定馬赫數風洞快速調節系統及方法，其特征在于所述主閥為大流量調節閥，大流量調節能力強，調節速度慢，通常存在死區、滯環、重復度差等不利于精確調節的特性；輔閥為本發明增設的機構，采用小流量高精度快速調節閥，小流量調節能力強，調節速度快，與主閥并聯連接，提高風洞出口馬赫數快速調節能力。

3.根據權利要求1所述的一種基于暫沖氣源的大流量高穩定馬赫數風洞快速調節系統及方法，其特征在于其調節方法包括以下步驟：

(1)在輔閥50％開度的基礎上，對風洞能力范圍內的幾個特征馬赫數點進行主閥手動調節，獲得相應馬赫數下主閥開度和暫沖氣源壓力關系曲線簇；

(2)根據指令馬赫數M_r及當前氣源壓力，通過二維線性插值獲得當前主閥開度，作為基于暫沖氣源的大流量風洞穩定馬赫數調節策略的開環前饋調節；

(3)利用輔閥進行指令馬赫數的閉環PID調節，維持風洞出口馬赫數。

4.根據權利要求3所述的一種基于暫沖氣源的大流量高穩定馬赫數風洞快速調節系統及方法，其特征是所述步驟(1)通過手動調試，掌握不同馬赫數和氣源壓力下主閥的調節規律，獲得不同馬赫數下主閥開度-氣源壓力曲線簇，具體包括以下步驟：

(1)將輔閥開到50％開度，便于閉環控制時可以雙向調節；

(2)調節主閥，使得出口馬赫數M接近設定值馬赫數M_r。記錄此時氣源壓力P_as和主閥開度A_m；

(3)由于暫沖氣源的特性，隨著高壓罐中氣體的快速消耗，氣源壓力會不斷下降，從而出口馬赫數穩定較短時間后會不斷減小。當出口馬赫數M無法短時間內穩定時，重復步驟(2)；

(4)重復步驟(3)，直至無法維持設定馬赫數M_r的短暫穩定為止。至此獲得維持該設定馬赫數在偏差允許范圍內的主閥開度和氣源壓力的一組對應關系；

(5)修改設定馬赫數M_r，重復步驟(4)，直至覆蓋所有的關鍵馬赫數點；

(6)基于上述步驟(2)至步驟(5)，獲得主閥開度-氣源壓力關系曲線簇。

5.根據權利要求4所述的一種基于暫沖氣源的大流量高穩定馬赫數風洞快速調節系統及方法，其特征是采取主閥前饋和輔閥閉環PID的復合控制策略，解決了風洞試驗中由于暫沖氣源壓力不斷下降及主閥重復度差、非線性強、調節速度慢帶來的出口馬赫數不容易穩定的問題。