一種考慮壓縮性的五孔探針球坐標系數據處理方法技術

本發明專利技術屬于實驗空氣動力學領域，公開了一種考慮壓縮性的五孔探針球坐標系數據處理方法。本發明專利技術的考慮壓縮性的五孔探針球坐標系數據處理方法包括以下步驟：五孔探針地面校準；五孔探針風洞試驗；五孔探針試驗數據處理。本發明專利技術的考慮壓縮性的五孔探針球坐標系數據處理方法，建立了五孔探針在球坐標系中校準數據處理與應用的方法，并將不同馬赫數帶來的壓縮性影響納入考慮，為高速流動中基于球坐標系的五孔探針校準與應用提供了方法，為飛行器推進系統內流復雜流動結構分析奠定了技術基礎。系統內流復雜流動結構分析奠定了技術基礎。系統內流復雜流動結構分析奠定了技術基礎。

【技術實現步驟摘要】
一種考慮壓縮性的五孔探針球坐標系數據處理方法


[0001]本專利技術屬于實驗空氣動力學領域，具體涉及一種考慮壓縮性的五孔探針球坐標系數據處理方法。

技術介紹

[0002]飛行器推進系統進氣道、發動機、噴管等內部結構緊湊、空間狹小、流動結構復雜，流動精細化測量十分困難。五孔探針由于其測量精度高、結果可信度高、使用便捷等諸多優點，是目前航空發動機內流點流向測量的主要手段，具有非常廣泛的應用空間和價值，應用五孔探針可以同時獲得測量點氣流速度大小和方向、總壓、靜壓等關鍵流場信息，為復雜流場流動結構分析提供了有力的測試手段。
[0003]由于五孔探針的測壓孔在加工制造過程中無法保證理想的一致性和對稱性，每一支五孔探針都具有其獨特的機械構造特性和氣動特性，因此，無法使用完全相同的數學模型來描述五孔探針的響應特性，而探針校準試驗是獲得五孔探針響應函數、保證五孔探針獲得正確流場數據的關鍵環節。
[0004]目前，可查的文獻資料均為針對五孔探針在直角坐標系下測量數據的校準與應用方法，即改變探針俯仰角、偏航角來獲得探針不同姿態下的響應數據，但未考慮壓縮性的影響。而作為五孔探針設計、制造、校準及應用龍頭企業的美國Aeroprobe公司所提供的五孔探針校準數據卻是基于球坐標系給出的，由于球坐標系下測量數據的校準與應用方法未公開，導致了五孔探針使用者往往只能通過支付高額租金租用Aeroprobe公司的程序來使用Aeroprobe五孔探針，嚴重制約了五孔探針技術發展，并在一定程度上造成了科研經費浪費。
[0005]當前，亟需發展一種考慮壓縮性的五孔探針球坐標系數據處理方法。

技術實現思路

[0006]本專利技術所要解決的技術問題是提供一種考慮壓縮性的五孔探針球坐標系數據處理方法，建立球坐標系下五孔探針的測量數據的校準與應用方法。
[0007]本專利技術的考慮壓縮性的五孔探針球坐標系數據處理方法，采用的五孔探針為圓管型探針，中心壓力孔的編號為1，右側壓力孔的編號為2，左側壓力孔的編號為3，下方壓力孔的編號為4，上方壓力孔的編號為5，包括以下步驟：S10.五孔探針地面校準；S11．利用地面校準設備對五孔探針開展校準試驗，地面校準設備具有極角和方位角，，；獲得五孔探針校準數據集，包括馬赫數、極角、方位角、總壓、靜壓以及五孔探針五個壓力孔對應的壓力值；S12．在每個馬赫數下，分別計算以下校準系數，獲得每個馬赫數下五孔探針的校準系數集：
極角校準系數：，方位角校準系數：，總壓校準系數：，靜壓校準系數：，其中，，根據獲得的每個馬赫數下五孔探針的校準系數集，獲得每個馬赫數下的五孔探針極角特性校準曲線、方位角特性校準曲線、總壓特性校準曲線、靜壓特性校準曲線；S20.五孔探針風洞試驗；將校準后的五孔探針放置在風洞待測流場中，獲得每個馬赫數下的五個壓力孔的壓力測量值；S30.五孔探針試驗數據處理；S31.計算極角校準系數與方位角校準系數；假設流場馬赫數為，初始值n=0，馬赫數計算精度為；在極角、方位角下，根據馬赫數條件下的極角特性校準曲線和方位角特性校準曲線，獲得極角校準系數、方位角校準系數；；；其中，；S32.計算總壓校準系數、靜壓校準系數；根據馬赫數條件下的總壓特性校準曲線、靜壓特性校準曲線，獲得極角、方位角對應的總壓校準系數、靜壓校準系數；S33.計算馬赫數；根據等熵關系式，計算總壓校準系數和靜壓校準系數對應的馬赫數；；；
；若，則計算結束，若，則令，重復步驟S32，直至滿足，計算結束，獲得五孔探針測量待測流場在極角為、方位角為、總壓為、靜壓為、馬赫數為條件下的極角校準系數、方位角校準系數、總壓校準系數、靜壓校準系數。
[0008]進一步地，所述的馬赫數M
n
條件下極角特性校準曲線、方位角特性校準曲線獲取方法，以及極角校準系數、方位角校準系數對應的極角、方位角求解方法如下：S41.馬赫數條件下的極角校準系數和方位角校準系數通過馬赫數、馬赫數條件下的極角校準系數和方位角校準系數線性插值獲得，馬赫數、馬赫數為校準馬赫數序列中與馬赫數差值最小的兩個馬赫數，且；S42.對馬赫數條件下的極角校準系數進行線性擬合，得到馬赫數條件下的極角特性校準曲線，對馬赫數條件下的方位角校準系數進行正切函數擬合，得到馬赫數條件下的方位角特性校準曲線；S43.根據馬赫數條件下的極角特性校準曲線，插值求解得到極角校準系數對應的極角；S44.根據馬赫數條件下的方位角特性校準曲線，插值求解得到方位角校準系數對應的方位角，由于方位角特性校準曲線非單值函數，因此按照如下判據判斷方位角的取值范圍：若且，則，若且，則，若且，則，若且，則。
[0009]進一步地，所述的總壓特性校準曲線、靜壓特性校準曲線以及極角、方位角對應的總壓校準系數、靜壓校準系數求解方法如下：S51.馬赫數條件下的總壓校準系數和靜壓校準系數通過馬赫數、條件下的總壓校準系數和靜壓校準系數線性插值獲得，馬赫數、為校準馬赫數序列中與馬赫數差值最小的兩個馬赫數，且；S52.對馬赫數條件下每個極角狀態下的總壓校準系數關于方位角進行擬合，得到不同極角狀態下總壓校準系數關于方位角的變化曲線；S53.對馬赫數條件下每個極角狀態下的靜壓校準系數關于方位角進行擬合，得到不同極角狀態下靜壓校準系數關于方位角的變化曲線；S54.根據馬赫數條件下不同極角狀態下總壓校準系數關于方位角的變化曲線，獲得不同極角狀態下方位角對應的總壓校準系數，對馬赫數、方位角條件下的總壓校準系數關于極角進行擬合，得到馬赫數、方位角條件下總壓校準系數關于極角的變
化曲線，根據極角得到總壓校準系數；S55.根據馬赫數條件下不同極角狀態下靜壓校準系數關于方位角的變化曲線，獲得不同極角狀態下方位角對應的靜壓校準系數，對馬赫數、方位角條件下的靜壓校準系數關于極角進行擬合，得到馬赫數、方位角條件下靜壓校準系數關于極角的變化曲線，根據極角得到靜壓校準系數。
[0010]本專利技術的考慮壓縮性的五孔探針球坐標系數據處理方法，建立了五孔探針在球坐標系中校準數據處理與應用的方法，并將不同馬赫數帶來的壓縮性影響納入考慮，為高速流動中基于球坐標系的五孔探針校準與應用提供了方法，為飛行器推進系統內流復雜流動結構分析奠定了技術基礎。
附圖說明
[0011]圖1為本專利技術的考慮壓縮性的五孔探針球坐標系數據處理方法中的五孔探針五個壓力測量孔的編號示意圖；圖2為本專利技術的考慮壓縮性的五孔探針球坐標系數據處理方法中的球坐標系中極角與方位角示意圖；圖2中，V表示五孔探針測量點的速度矢量，θ、φ為速度矢量V在球坐標系中的極角、方位角，X、Y、Z表示直角坐標系的三個坐標軸，α、β為速度矢量V在直角坐標系中的俯仰角、偏航角；圖3為本專利技術的考慮壓縮性的五孔探針球坐標系數據處理方法中的極角校準系數分布及極角特性校準曲線示例；圖3中，曲線表示極角校準系數數據結果及極角特性校準曲線擬合結果；圖4為本專利技術的考慮壓縮性的五孔探針球坐標系數據處理方法中的方位角校準系數分布及極角特性校準曲線示例；圖4中，
“○”
及相應曲線表示方位角校準系數數據結本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種考慮壓縮性的五孔探針球坐標系數據處理方法，五孔探針為圓管型探針，中心壓力孔的編號為1，右側壓力孔的編號為2，左側壓力孔的編號為3，下方壓力孔的編號為4，上方壓力孔的編號為5，其特征在于，所述的五孔探針球坐標系數據處理方法包括以下步驟：S10.五孔探針地面校準；S11．利用地面校準設備對五孔探針開展校準試驗，地面校準設備具有極角和方位角，，；獲得五孔探針校準數據集，包括馬赫數、極角、方位角、總壓、靜壓以及五孔探針五個壓力孔對應的壓力值；S12．在每個馬赫數下，分別計算以下校準系數，獲得每個馬赫數下五孔探針的校準系數集：極角校準系數：，方位角校準系數：，總壓校準系數：，靜壓校準系數：，其中，，根據獲得的每個馬赫數下五孔探針的校準系數集，獲得每個馬赫數下的五孔探針極角特性校準曲線、方位角特性校準曲線、總壓特性校準曲線、靜壓特性校準曲線；S20.五孔探針風洞試驗；將校準后的五孔探針放置在風洞待測流場中，獲得每個馬赫數下的五個壓力孔的壓力測量值；S30.五孔探針試驗數據處理；S31.計算極角校準系數與方位角校準系數；假設流場馬赫數為，初始值n=0，馬赫數計算精度為；在極角、方位角下，根據馬赫數條件下的極角特性校準曲線和方位角特性校準曲線，獲得極角校準系數、方位角校準系數；；；
其中，；S32.計算總壓校準系數、靜壓校準系數；根據馬赫數條件下的總壓特性校準曲線、靜壓特性校準曲線，獲得極角、方位角對應的總壓校準系數、靜壓校準系數；S33.計算馬赫數；根據等熵關系式，計算總壓校準系數和靜壓校準系數對應的馬赫數；；；；若，則計算結束，若，則令，重復步驟S32，直至滿足，計算結束，獲得五孔探針測量待測流場在極角為、方位角為、總壓為、靜壓為、馬赫數為條件下的極角校準系數、方位角校準系數、總壓校準系數、靜壓校準系數。2.根據權利要求1所述的考慮壓縮性的五孔探針球坐標系數據處理方法，其特征在于，所述的馬赫數條件下極角特性校準曲線、方位角特性校準曲線獲取方法，以及極角校準系數、方位角校準系數對應的極角、方位角求解方法如下：S41.馬...

【專利技術屬性】
技術研發人員：杜鈺鋒，汪路路，熊能，吳琦，郭秋亭，李聰健，高川，郭旦平，林俊，
申請(專利權)人：中國空氣動力研究與發展中心高速空氣動力研究所，
類型：發明
國別省市：