本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)洞跨聲速試驗前室超壓的預(yù)判方法，屬于風(fēng)洞試驗領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

風(fēng)洞的跨聲速試驗是指在馬赫數(shù)在聲速附近進(jìn)行的風(fēng)洞試驗，在風(fēng)洞試驗中具有比較特殊的特性，對流場的控制也比較復(fù)雜。尤其是當(dāng)馬赫數(shù)大于1倍聲速的時候，如果模型的阻塞比過大，就有可能導(dǎo)致壅塞現(xiàn)象的發(fā)生。如果發(fā)生壅塞，用提高前室總壓的方式來提高馬赫數(shù)的控制方法就會失效，試驗段靜壓會隨著前室總壓的提高而等比例同步提高，從而馬赫數(shù)保持不變，參見圖1?？刂葡到y(tǒng)看到馬赫數(shù)沒有變化就會繼續(xù)提高總壓，直到前室超過安全壓力。這就是前室超壓現(xiàn)象的根本原因。

一般來講，風(fēng)洞的超壓保護(hù)功能正常工作的話會在總壓超過安全壓力的時候自動關(guān)車，但如果超壓保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)故障而沒有能夠及時發(fā)現(xiàn)，就可能導(dǎo)致模型和支桿承受過大的載荷，從而導(dǎo)致模型被吹飛吹廢；另外還有一些特殊的模型，如大翼展的飛機模型等，其阻塞比本身就很大，當(dāng)模型攻角逐漸增大阻塞比也不斷增大，很容易導(dǎo)致超壓，設(shè)置的安全壓力有可能高于其所能承受的壓力，并且模型在發(fā)生超壓的時候總是在帶很大攻角的情況下被迫關(guān)車，這些情況都有可能導(dǎo)致模型損毀。以上情況大大降低了試驗的安全性，相關(guān)單位也會承受相當(dāng)?shù)膿p失。如何有效地對風(fēng)洞跨聲速試驗前室超壓的情況進(jìn)行預(yù)測，是本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種有效預(yù)測風(fēng)洞跨聲速試驗前室超壓的預(yù)測算法，能夠提前幾秒到十幾秒的時間給風(fēng)洞操作人員發(fā)生預(yù)警，使操作人員能夠有條不紊的執(zhí)行關(guān)車的操作，參見圖2與圖3的對比。

本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

提供一種用于風(fēng)洞跨聲速試驗前室超壓的預(yù)判方法，包括如下步驟：

(1)獲取試驗期望馬赫數(shù)M0，判斷是否滿足1.5MA>M0>1MA，如果否，則判定本次試驗總壓不會發(fā)生超壓，結(jié)束風(fēng)洞跨聲速試驗前室超壓預(yù)判；如果是，則進(jìn)入步驟(2)；

(2)確定選取馬赫數(shù)的數(shù)據(jù)點數(shù)n；從試驗吹風(fēng)產(chǎn)生的第一個馬赫數(shù)數(shù)據(jù)開始選取n個馬赫數(shù)的數(shù)據(jù)點，第i個數(shù)據(jù)點對應(yīng)的馬赫數(shù)為Mi；

(3)判斷M0-Mi是否大于閾值dm1，如果不大于，則判斷目前沒有發(fā)生超壓的危險，如果大于則進(jìn)入步驟(4)；

(4)獲取這n個馬赫數(shù)數(shù)據(jù)中的最大值Mmax和最小值Mmin，判斷Mmax-Mmin是否大于閾值dm2，如果大于，則判斷目前沒有發(fā)生超壓的危險，如果不大于，則進(jìn)入步驟(5)；

(5)判斷從試驗開始到此時的總吹風(fēng)時間是否大于閾值T0，如果小于，則認(rèn)為目前沒有發(fā)生超壓的危險，如果大于，則進(jìn)入步驟(6)；

(6)判斷此時的模型的攻角α，如果攻角α小于設(shè)定的閾值α₀，則認(rèn)為目前沒有發(fā)生超壓的危險，如果攻角值已經(jīng)大于α₀，則判斷總壓即將超壓，輸出報警信號；

(7)如果認(rèn)為目前沒有發(fā)生超壓的危險，則判斷試驗是否結(jié)束，如果試驗沒有結(jié)束則將第一個馬赫數(shù)數(shù)據(jù)剔除，將新產(chǎn)生的第n+1個數(shù)據(jù)點加到數(shù)據(jù)隊列的尾部，重新組成n個馬赫數(shù)的數(shù)據(jù)點，并返回步驟(3)，如果試驗結(jié)束，則結(jié)束風(fēng)洞跨聲速試驗前室超壓預(yù)判。

上述過程對應(yīng)的程序流程圖參見圖4。

優(yōu)選的，無論是否發(fā)生超壓，也無論是否某一次發(fā)出超壓預(yù)警，重復(fù)執(zhí)行步驟(2)～(4)，直至試驗結(jié)束。

優(yōu)選的，dm1與風(fēng)洞的馬赫數(shù)控制精度為p關(guān)系為：dm1＝k*p，k為系數(shù)，取值在1.5到2之間，閾值dm1的取值在0.0075MA～0.01MA之間。

優(yōu)選的，閾值dm2與風(fēng)洞的馬赫數(shù)控制精度為p關(guān)系為：dm2＝k2*p，k2為系數(shù)，取值在0.7到1之間，閾值dm2取值0.005以內(nèi)。

優(yōu)選的，閾值T0與從打開風(fēng)洞調(diào)壓閥閥門到流場基本穩(wěn)定的時間t的關(guān)系為，t<T0<2t，閾值T0取值在5s到10s之間。

優(yōu)選的，閾值α₀取值為5°。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明能夠在超壓發(fā)生前幾秒到十幾秒的時間提前給風(fēng)洞操作人員發(fā)生預(yù)警，及時關(guān)機，保護(hù)風(fēng)洞、模型及設(shè)備的安全，措施有效，有效率在99％以上。

(2)本發(fā)明通過馬赫數(shù)曲線進(jìn)行判斷，方法簡單有效，計算速度快，保證了報警的及時性。

附圖說明

圖1是某一馬赫數(shù)的吹風(fēng)數(shù)據(jù)，包括總壓曲線、靜壓曲線和馬赫數(shù)曲線(該圖橫坐標(biāo)是時間，單位為s)；其中總壓曲線在試驗后期65s以后不斷升高，直到超過0.19MPa的設(shè)定壓力；

圖2未用超壓預(yù)判算法進(jìn)行預(yù)判的發(fā)生超壓的試驗的馬赫數(shù)曲線(該圖橫坐標(biāo)是數(shù)據(jù)點，與對應(yīng)的時間是10倍的關(guān)系)；

圖3用超壓預(yù)判算法進(jìn)行預(yù)判的該次馬赫數(shù)曲線(該圖橫坐標(biāo)是數(shù)據(jù)點，與對應(yīng)的時間是10倍的關(guān)系)；

圖4是本發(fā)明算法的流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明統(tǒng)計風(fēng)洞歷次超壓過程中的總壓曲線、靜壓曲線、馬赫數(shù)曲線的數(shù)據(jù)特點，分析超壓前后的數(shù)據(jù)特點，例如參見圖1在0.17MP時發(fā)生了超壓，時間點為75s，馬赫數(shù)曲線在75s前后比較平滑，數(shù)據(jù)變化量很小，并且一直低于期望馬赫數(shù)1.2；這段時間內(nèi)，靜壓曲線跟隨總壓曲線同步上漲，導(dǎo)致總靜壓比值保持不變，這是馬赫數(shù)保持基本不變而總壓不可逆上漲的原因。

分析后通過馬赫數(shù)曲線及其他試驗數(shù)據(jù)判斷是否即將發(fā)生超壓，具體步驟如下：

(1)獲取試驗期望馬赫數(shù)M0，判斷是否滿足1.5MA>M0>1MA，如果否，則判定總壓不會發(fā)生超壓；如果是，則進(jìn)入步驟(2)；

(2)確定選取馬赫數(shù)的數(shù)據(jù)點數(shù)n；選取n個馬赫數(shù)的數(shù)據(jù)點，第i個數(shù)據(jù)點對應(yīng)的馬赫數(shù)為Mi；

(3)判斷M0-Mi是否大于閾值dm1，如果不大于，則判斷不會發(fā)生超壓，如果大于則進(jìn)入步驟(4)；

(4)獲取這n個馬赫數(shù)數(shù)據(jù)點中的最大值Mmax和最小值Mmin，判斷Mmax-Mmin是否大于閾值dm2，如果大于，則判斷不會發(fā)生超壓，如果不大于，則進(jìn)入步驟(5)；

(5)判斷從試驗開始到此時的總吹風(fēng)時間是否大于閾值T0，如果小于，則認(rèn)為不會發(fā)生超壓，如果大于，則進(jìn)入步驟(6)；

(6)判斷此時的攻角(模型的迎角)數(shù)據(jù)α，如果攻角α小于設(shè)定的閾值α₀，則認(rèn)為不會超壓，如果攻角值已經(jīng)大于α₀，則判斷總壓即將超壓，輸出報警信號，提醒操作人員關(guān)車停止試驗。

(7)對數(shù)據(jù)采用先進(jìn)先出的方式，將馬赫數(shù)數(shù)據(jù)段中第一個馬赫數(shù)數(shù)據(jù)M1剔除，將新產(chǎn)生的第n+1個數(shù)據(jù)點加到數(shù)據(jù)隊列的尾部，然后重復(fù)執(zhí)行步驟(3)到步驟(6)的判斷，如此循環(huán)，可以對吹風(fēng)過程中任何一個時刻風(fēng)洞流場是否要超壓進(jìn)行預(yù)判,直到試驗結(jié)束。合理設(shè)定算法中需要的參數(shù)，包括：數(shù)據(jù)段段長dl(例如取30～50個馬赫數(shù)的數(shù)據(jù)點)，期望馬赫數(shù)d與實際馬赫數(shù)差值的閾值dm1，實際馬赫數(shù)最大與最小值的閾值dm2；合理設(shè)定算法中需要的數(shù)據(jù)段段長dl，時間閾值T0，攻角閾值α₀；

dm1的確定方法：dm1與不同風(fēng)洞的馬赫數(shù)不同的控制精度有關(guān)，假設(shè)某風(fēng)洞的馬赫數(shù)控制精度為p，則dm1與p的關(guān)系近似為：dm1＝k*p，一般系數(shù)k取1.5到2。如果一個風(fēng)洞的控制精度為0.005M，則dm1約為0.0075～0.01M，k取值太小或太大，都將失去預(yù)判效果。

dm2的確定方法：dm2也與馬赫數(shù)控制精度有關(guān)，dm2＝k2*p，一般k2取值在0.7到1之間，超壓趨勢一旦確立，也即發(fā)生壅塞現(xiàn)象之后，馬赫數(shù)數(shù)據(jù)曲線是相當(dāng)平滑的，k2取值太大，也將失去預(yù)判效果。

T0的確定方法：T0與控制風(fēng)洞流場的穩(wěn)定時間有關(guān)，即從打開風(fēng)洞調(diào)壓閥閥門到流場基本穩(wěn)定的時間t，一般取t<T0<2t。

α₀的確定方法：當(dāng)模型攻角變大時，會導(dǎo)致模型阻塞比急劇變大，因此可以認(rèn)為模型攻角很小時，總壓不會超壓，因此設(shè)定α₀在5°左右即可。

將調(diào)整好參數(shù)的算法移植到流場控制程序中進(jìn)行實際的超壓預(yù)測，算法將可以在風(fēng)洞將要發(fā)生超壓之前向試驗人員發(fā)出超壓的預(yù)警。

由于該算法是對以往實際超壓數(shù)據(jù)的分析，所以不同的風(fēng)洞要對算法的參數(shù)進(jìn)行測試和重設(shè)定。參數(shù)的設(shè)定，相當(dāng)于是該算法對不同風(fēng)洞的重新定制的過程。設(shè)定好參數(shù)的算法就會對所面對的風(fēng)洞是否超壓進(jìn)行有效的預(yù)測。參數(shù)設(shè)定是否合適的標(biāo)準(zhǔn)有：1、設(shè)定的參數(shù)是否能夠提前預(yù)測出超壓的發(fā)生；2、設(shè)定的參數(shù)是否能夠有效控制誤報率；3、設(shè)定的參數(shù)能夠提前發(fā)出預(yù)警的時間長短，時間越長說明參數(shù)設(shè)定的越合適。

參見圖2為未用超壓預(yù)判算法進(jìn)行預(yù)判的發(fā)生超壓的試驗的馬赫數(shù)曲線，對應(yīng)的總壓是在馬赫數(shù)曲線結(jié)束的時刻發(fā)生的超壓；圖3為用超壓預(yù)判算法進(jìn)行預(yù)判的該次馬赫數(shù)曲線，與圖2對比，預(yù)判算法判斷出從粗線條曲線部分開始總壓即將發(fā)生超壓，采用本發(fā)明的算法提出超壓報警的時間先于實際發(fā)生超壓的時間10s以上。

本發(fā)明算法結(jié)合風(fēng)洞跨聲速試驗超壓發(fā)生前后的數(shù)據(jù)特點進(jìn)行分析，在其基礎(chǔ)上挖掘數(shù)據(jù)規(guī)律提煉出來的預(yù)測算法。參數(shù)設(shè)定合理的情況下，該算法可以提前幾秒到十幾秒發(fā)出預(yù)警，并且能夠有效的抑制誤報率，提示操作人員提前關(guān)車。

以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。