七孔探针实时测试系统及其可压缩流场测量问题研究

论文摘要

流动测量是研究飞行器气动性能的重要途径,七孔探针对流场测量有着其独特的优势。目前国内对七孔探针的研究还仅限于低速不可压流,且没有相应的测试系统与之配套,使得校准和使用比较繁琐耗时。本文基于Labview软件及计算流体力学的方法,对七孔探针实时测量系统及可压缩流动测量进行了研究。Labview软件结合高精度的压力传感器和数据采集卡构建的七孔探针测试系统拥有良好的操作界面,简化了测量过程。在对某型号直升机腹部流场进行实时测量的结果显示,该系统即使在在恶劣飞行环境下稳定性好,精度高,能够较好的实时反映所测流动的特性,满足测量要求。文章采用数值计算的方法对七孔探针绕流进行了研究,分析了不同迎角下七孔探针头部的压力分布,流线,速度矢量等特性,比较了马赫数为0.6和1.0时的探针背风区流动的分离情况。结果表明,当迎角超过30度时,探针头部开始出现分离,随着迎角的增加,分离区进一步扩大,其分离表现为开式分离;七孔探针在大迎角情况下,沿探针轴向分离区逐渐增大;不同马赫数下,背风区分离区范围有所不同。利用数值计算的结果,对七孔探针进行亚音速可压缩流校准与测量方法进行了研究,结果表明,其校准拟合精度流动角为2%,内外区的总静压相对标准偏差都没有超过3%,高于相同状态下的实验校准精度。最后,讨论了七孔探针对不等熵未知超音速流动的测量的研究方向,另外得出,采用七孔压力值结合对探针锥体与圆柱体交面温度的监测,是判断流动是否超音速的关键。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 七孔探针概述
• 1.2.1 七孔探针构造
• 1.2.2 七孔探针的优点和缺点
• 1.2.3 七孔探针的应用
• 1.3 七孔探针已有的相关研究
• 1.3.1 七孔探针外形的发展
• 1.3.2 校准方法的发展
• 1.3.3 制造偏差分析的发展
• 1.3.4 数据处理方法的发展
• 1.4 本文研究的意义，方法及内容
• 1.4.1 研究的意义和方法
• 1.4.2 本文研究的主要内容
• 第二章 七孔探针不可压流场的测量
• 2.1 七孔探针基本工作原理
• 2.2 七孔探针校准原理
• 2.3 七孔探针测量原理
• 2.4 七孔探针的低速实验校准
• 第三章 七孔探针对某型号直升机腹部流场的飞行实测
• 3.1 引言
• 3.2 七孔探针实时测试系统
• 3.2.1 测试系统硬件组成
• 3.2.2 测试系统的软件设计
• 3.3 流场测量方案
• 3.4 测量结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 七孔探针的数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 数值模拟方法
• 4.2.1 Flunt 简介
• 4.2.2 基本物理模型
• 4.2.3 湍流模型
• 4.2.4 边界条件
• 4.2.5 解算器设置
• 4.3 计算模型
• 4.3.1 几何尺寸
• 4.3.2 计算网格
• 4.4 七孔探针导压管长度的取压
• 4.5 七孔探针绕流特性
• 4.5.1 不同迎角下七孔探针的物面流线
• 4.5.2 不同迎角情况下的速度矢量
• 第五章 七孔探针可压缩数值校准
• 5.1 引言
• 5.2 七孔探针在亚音速可压缩流中的校准原理
• 5.2.1 压缩系数的定义
• 5.2.2 校准数据点的选取
• 5.2.3 校准变量的多项式展开
• 5.2.4 马赫数的计算
• 5.3 数值校准结果及讨论
• 5.3.1 压力系数曲线
• 5.3.2 校准精度分析
• 5.4 七孔探针超音速流测量展望
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录1 七孔探针不可压校准系数（1 区和7 区）
• 附录2 七孔探针可压缩校准系数（1 区和7 区）