【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及使用五孔探针测试流场的方法，具体涉及一种内边界自适应调整的五孔探针分区标定方法。
技术介绍
1、五孔探针在流场压力、速度测试领域有广泛的应用，其测试原理是通过探针标定建立校准系数与流场参数的关联，进而根据采集得到的五个孔压力实现不同特征流场参数的计算。对于复杂的三维流场，速度方向与流动方向会有较大偏折，此时将五孔探针布置于流场中，探针头部会出现大尺度流动分离，导致常规的探针标定方法无法继续使用。分区标定方法将探针头部的流场分为多个区域，在发生流动分离时，忽略位于流动分离区的孔压，使用其余的四个孔压建立校准系数与流场参数的关联，因此是利用五孔针测试复杂三维流场的有效手段。然而，使用分区标定方法测试复杂三维流场时，当被测流场参数分布于相邻两区域的边界附近时，五孔探针往往会出现大的测试误差。因此，解决分区标定方法中相邻两区域边界处测试误差大的问题，对于提升五孔探针测试复杂三维流场的精度具有重要意义。
技术实现思路
1、针对分区标定方法中相邻两区域边界处测试误差大的问题，本专利技术提出一种内边界自适应调整的五孔探针分区标定方法，具体包括下列步骤：
2、步骤一：在校准风洞中测试不同气流偏折角下的五个孔压力并记录存储；
3、探针校准过程中，五孔探针固定在水平支架上，探头与风洞出口保持一定距离；水平支架上步进电机a的旋转轴平行于探针杆方向，允许探针在偏航方向左右摆动；竖直支架上步进电机b的旋转轴垂直于探针杆方向，允许探针在俯仰方向上下摆动；通过旋转步进电机a
4、步骤二：计算相邻区域内边界调整压力值dp；
5、由于来流速度已知，利用气动热力学知识能够计算得到来流的马赫数ma；则相邻区域内边界调整压力值dp利用如下公式计算:
6、
7、式中，dαβ是内边界调整角度参数；cαβ表示探针孔压随气流偏折角的最大变化梯度，根据校准风洞来流马赫数、来流压力、来流角度以及气体绝热指数k计算；公式中的β可替换成α，得到的结果是相同的；
8、设置内边界调整角度参数dαβ，将内边界调整角度参数dαβ与最大变化梯度cαβ相乘，得到相邻区域内边界调整压力值dp；
9、步骤三：利用dp，实现探针头部流场的自适应分区；
10、在探针校准过程中不同的α和β数值与不同状态的流场相对应，步骤一中测试并记录了不同状态流场探针五个孔的压力p1、p2、p3、p4和p5；对于具有不同α和β数值的流场，通过对比p1、p2、p3、p4和p5，将其划分到s1区、s2区、s3区、s4区和s5区；具体划分方式如下：p1+dp不小于p2、p3、p4和p5时，流场划分为s1区；p2+dp不小于p1、p3、p4和p5时，流场划分为s2区；p3+dp不小于p1、p2、p4和p5时，流场划分为s3区；p4+dp不小于p1、p2、p3和p5时，流场划分为s4区；p5+dp不小于p1、p2、p3和p4时，流场划分为s5区；由于步骤二中dp的数值是与来流参数相关联的，上述流场分区会随来流条件变化而自适应调整；
11、步骤四：计算不同气流偏折角下五孔探针的校准系数；
12、步骤三中对具有不同的α和β数值的流场进行了划区；在s1区、s2区、s3区、s4区和s5区，根据探针五个孔的压力p1、p2、p3、p4和p5，利用如下公式分别计算探针的校准系数；
13、在s1区：
14、
15、在s2区：
16、
17、在s3区：
18、
19、在s4区：
20、
21、在s5区：
22、
23、上述公式中：
24、
25、式中，kα为俯仰角校准系数，其中kα1、kα2、kα3、kα4、kα5分别表示s1到s5区域的俯仰角校准系数；kβ为偏航角校准系数，其中kβ1、kβ2、kβ3、kβ4、kβ5分别表示s1到s5区域的偏航角校准系数；kpt为总压校准系数，其中kpt1、kpt2、kpt3、kpt4、kpt5分别表示s1到s5区域的总压校准系数；kps为静压校准系数，其中kps1、kps2、kps3、kps4、kps5分别表示s1到s5区域的静压校准系数；分别表示s1到s5区域的平均压力；步骤一的探针校准过程中，不同流场的α和β数值以及来流总压pt和静压ps均已被记录下来，α即kα1、kα2、kα3、kα4、kα5，β即kβ1、kβ2、kβ3、kβ4、kβ5，pt即kpt1、kpt2、kpt3、kpt4、kpt5，ps即kps1、kps2、kps3、kps4、kps5；由此获得如下对应关系：
26、(α,β)＝fαβ(kα,kβ)
27、(kpt,kps)＝fkts(α,β)
28、上述关系式根据风洞测试中已知数据建立，等号左边的每一组参数映射到等号右边对应的参数上；具体的函数形式取决于校准时采用的数据解析方法；第一个式子表示在各自区域内α，β为对应kα,kβ的映射，第二个式子表示在各自区域内kpt,kps为对应α,β的映射；得到kpt,kps后，不同区域的pt和ps通过以下关系得出：
29、
30、式中，i为区域对应的编号；
31、步骤五：利用校准的五孔探针测试未知流场；
32、将校准完毕的五孔探针布置于未知流场中，选取一参考位置，调整探针头部的方向，使得p1和p3以及p4和p5数值大小基本一致；探针头部方向调整完毕后，移动探针至未知流场的任意点，测试并记录存储探针五个孔的压力p1、p2、p3、p4和p5；将任意点流场划分到s1区、s2区、s3区、s4区和s5区：p1不小于p2、p3、p4和p5时，流场划分为s1区；p2不小于p1、p3、p4和p5时，流场划分为s2区；p3不小于p1、p2、p4和p5时，流场划分为s3区；p4不小于p1、p2、p3和p5时，流场划分为s4区；p5不小于p1、p2、p3和p4时，流场划分为s5区；对于不同区域的任意点流场，利用步骤四中的校准系数计算方法，得到其俯仰角校准系数kα，偏航角校准系数kβ；将kα和kβ带入到步骤四中获得的对应关系fαβ(kα,kβ)中，利用数据插值/拟合方法获得未知流场任意点的α和β；将α和β带入到步骤四中获得的对应关系fkts(α,β)中，利用数据插值/拟合方法获得未知流场任意点的kpt和kps；将kpt和kp本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种内边界自适应调整的五孔探针分区标定方法，其特征在于，具体包括下列步骤：
2.如权利要求1所述的内边界自适应调整的五孔探针分区标定方法，其特征在于，步骤一中，探头与风洞出口直线距离约为30mm；Δα＝Δβ＝2°，αm和βm均大于30°。
3.如权利要求1所述的内边界自适应调整的五孔探针分区标定方法，其特征在于，步骤二中，dαβ取为2*Δα和2*Δβ的最大值。
4.如权利要求1所述的内边界自适应调整的五孔探针分区标定方法，其特征在于，步骤四中，具体的函数形式取决于校准时采用的数据解析方法，其中，应用线性插值时函数为线性插值函数，应用多项式拟合时函数为多项式函数。
5.如权利要求1所述的内边界自适应调整的五孔探针分区标定方法，其特征在于，步骤五中，将校准完毕的五孔探针布置于未知流场中，参考位置选取在气流偏折角较小的主流区域。
【技术特征摘要】
1.一种内边界自适应调整的五孔探针分区标定方法，其特征在于，具体包括下列步骤：
2.如权利要求1所述的内边界自适应调整的五孔探针分区标定方法，其特征在于，步骤一中，探头与风洞出口直线距离约为30mm；δα＝δβ＝2°，αm和βm均大于30°。
3.如权利要求1所述的内边界自适应调整的五孔探针分区标定方法，其特征在于，步骤二中，dαβ取为2*δα和2*δβ的最大值。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：张海灯，吴云，左越仁，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：
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