一種五孔探針數(shù)據(jù)處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用于提高五孔探針應(yīng)用效率的數(shù)據(jù)處理方法，這是一種基于三元插值的五孔探針數(shù)據(jù)處理方法。假設(shè)馬赫數(shù)值，將馬赫數(shù)、偏角和俯仰角校準(zhǔn)壓力系數(shù)作為已知量，代入探針校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，采用三元插值獲得偏角和俯仰角。然后，將馬赫數(shù)、偏角、俯仰角作為已知量，采用三元插值分別獲得總壓和靜壓特性系數(shù)。其次，由實(shí)驗(yàn)測(cè)量值、總壓和靜壓特性系數(shù)代入總壓特性系數(shù)、靜壓特性系數(shù)公式，計(jì)算得到總壓、靜壓和馬赫數(shù)。最后，將得到的馬赫數(shù)值與馬赫數(shù)假設(shè)值進(jìn)行差值，并迭代計(jì)算直至差值小于設(shè)定的精度值。這種新型數(shù)據(jù)處理方法不但能夠快速、便捷地將五孔探針實(shí)驗(yàn)測(cè)得的壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為流場(chǎng)速度大小和方向，而且還能提高數(shù)據(jù)插值精度。
【專利說(shuō)明】
一種五孔探針數(shù)據(jù)處理方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及工程測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，是一種用于提高已標(biāo)定五孔探針應(yīng)用效率的數(shù)據(jù) 處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 五孔探針對(duì)流場(chǎng)測(cè)量，能夠同時(shí)獲得流場(chǎng)中測(cè)點(diǎn)的速度大小、方向以及總壓、靜 壓，具有操作方便、易于重復(fù)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 五孔探針的測(cè)量方法有三種:對(duì)向測(cè)量法、半對(duì)向測(cè)量法和非對(duì)向測(cè)量法。對(duì)向測(cè) 量法和半對(duì)向測(cè)量法具有操作直觀和數(shù)據(jù)處理量少的特點(diǎn)，但需要耗費(fèi)時(shí)間尋找各測(cè)壓孔 之間的壓力平衡。而非對(duì)向測(cè)量法操作簡(jiǎn)單，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可以直接采集數(shù)據(jù)，但數(shù)據(jù)后處 理的工作量較大。所以優(yōu)化數(shù)據(jù)后處理方法，可以大幅提高利用五孔探針測(cè)量的效率和精 度。
[0004]在實(shí)驗(yàn)使用五孔探針時(shí)，記錄五孔的壓力數(shù)據(jù)分別為:朽，？2，內(nèi)，？4，內(nèi)，并記錄流場(chǎng) 參數(shù)總壓、靜壓:Po，ps。定義探針的校準(zhǔn)壓力系數(shù)為：
[0010]五孔探針校準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理方法一般為將俯仰角系數(shù)和偏轉(zhuǎn)角系數(shù)代入校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn) 行插值得到實(shí)際俯仰角和偏轉(zhuǎn)角，目前已公開(kāi)的常規(guī)數(shù)據(jù)處理方法包括兩種：一：1)將 Kbeta代入校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，獲得各馬赫數(shù)下俯仰角隨Kalfa變化曲線;將Kalfa代入校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，獲 得俯仰角隨馬赫數(shù)變化的曲線；2)同理，獲得偏轉(zhuǎn)角隨馬赫數(shù)變化曲線；3)同理，獲得靜壓 校準(zhǔn)系數(shù)隨馬赫數(shù)變化曲線;4)同理，獲得總壓校準(zhǔn)系數(shù)隨馬赫數(shù)變化曲線。假設(shè)初始馬赫 數(shù)，迭代求解真實(shí)馬赫數(shù)、總壓、靜壓以及角度。這種方法見(jiàn)于《五孔探針在渦輪導(dǎo)向器出口 流場(chǎng)測(cè)量中的應(yīng)用》，燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究，2010年11月23卷4期。二：角度特性曲線中找到 與仰俯角系數(shù)和側(cè)滑角系數(shù)最接近的四個(gè)數(shù)組點(diǎn)Q1、Q2、Q3及Q4;計(jì)算得到仰俯角和側(cè)滑 角。這種方法見(jiàn)于《五孔探針角度特性曲線數(shù)據(jù)處理方法》，發(fā)明專利公開(kāi)號(hào)103177192A。前 一種方法中采用逐次降維的方法，數(shù)據(jù)處理過(guò)程較繁瑣;第二種方法中，計(jì)算俯仰角和偏轉(zhuǎn) 角時(shí)僅考慮了單個(gè)馬赫數(shù)下的方向特性網(wǎng)，使用角度特性曲線中最接近的四點(diǎn)計(jì)算，未考 慮校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中不同馬赫數(shù)的變化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于三元插值的五孔探針數(shù)據(jù)處理方法。本發(fā) 明專利中采用的方法考慮校準(zhǔn)數(shù)據(jù)中不同馬赫數(shù)下的角度特性曲線，插值時(shí)假設(shè)初始馬赫 數(shù)，將馬赫數(shù)、俯仰角、偏折角進(jìn)行三元插值，迭代求解真實(shí)馬赫數(shù)和氣流角。這種新型數(shù)據(jù) 處理方法不但能夠快速、便捷地將五孔探針實(shí)驗(yàn)測(cè)得的壓力數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為流場(chǎng)速度大小和方 向，而且還能提高數(shù)據(jù)插值精度。
[0012] 為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理方法通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0013] (1):設(shè)定初始馬赫數(shù)初始值(任意值，如馬赫數(shù)1)，將馬赫數(shù)、偏角校準(zhǔn)壓力系數(shù)、 俯仰角校準(zhǔn)壓力系數(shù)三個(gè)參數(shù)作為三個(gè)已知變量，偏角作為未知變量代入探針校準(zhǔn)數(shù)據(jù) 內(nèi)，米用二兀插值的方法獲得偏角。
[0014] 三元插值的方法:假設(shè)三個(gè)已知變量（馬赫數(shù)、偏角校準(zhǔn)壓力系數(shù)、俯仰角校準(zhǔn)壓 力系數(shù))分別為x，y，z，未知變量(偏角)為f。
[0015] 通過(guò)遍歷算法在探針校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)找到該數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置，使得XQ<X彡X1， yKy彡 γι,ζο^ζ^ζι
[0017]其中，插值多項(xiàng)式中X為n次，y為m次，z為1次，這里 n，m，1均為2。
[0018]同理，將馬赫數(shù)、偏角校準(zhǔn)壓力系數(shù)、俯仰角校準(zhǔn)壓力系數(shù)三個(gè)參數(shù)作為三個(gè)已知 變量，俯仰角作為未知變量代入探針校準(zhǔn)數(shù)據(jù)內(nèi)，采用三元插值的方法獲得俯仰角。
[0019] (2):將馬赫數(shù)、偏角、俯仰角三個(gè)參數(shù)作為已知變量，總壓特性系數(shù)和靜壓特性系 數(shù)作為未知變量代入探針校準(zhǔn)數(shù)據(jù)內(nèi)，采用三元插值的方法分別獲得總壓特性系數(shù)和靜壓 特性系數(shù)。
[0020] (3):由實(shí)驗(yàn)測(cè)量值、總壓特性系數(shù)、靜壓特性系數(shù)代入總壓特性系數(shù)和靜壓特性 系數(shù)計(jì)算公式，計(jì)算得到總壓和靜壓，利用氣體關(guān)系轉(zhuǎn)換成馬赫數(shù)。
[0021] (4):將步驟(3)中得到的馬赫數(shù)與步驟(1)中的馬赫數(shù)進(jìn)行差值。若差值大于設(shè)定 精度值，則將步驟（1)中馬赫數(shù)替換成步驟(3)中馬赫數(shù)進(jìn)行迭代計(jì)算;若差值小于設(shè)定精 度值，則此時(shí)馬赫數(shù)作為最終計(jì)算值。
[0022]上述數(shù)據(jù)處理過(guò)程的流程圖圖1所示。
[0023]本發(fā)明的五孔探針數(shù)據(jù)處理方式與現(xiàn)有技術(shù)相比較有如下有益效果：
[0024]降低了逐次降維方式中累計(jì)的數(shù)據(jù)誤差，迭代插值時(shí)將氣流馬赫數(shù)、俯仰角、偏角 綜合考慮，提高了數(shù)據(jù)處理的精度。同時(shí)，本方法的過(guò)程易于理解，迭代的方法也便于采用 編程的方法實(shí)現(xiàn)，提高了數(shù)據(jù)處理的便捷度。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1為本發(fā)明所述數(shù)據(jù)處理過(guò)程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn) 一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]以五孔探針的數(shù)據(jù)處理為實(shí)施例，詳細(xì)描述數(shù)據(jù)處理的使用過(guò)程，本發(fā)明所涉及 的五孔探針數(shù)據(jù)處理方法在使用時(shí)的【具體實(shí)施方式】包括四步：
[0028] (1)針對(duì)某一測(cè)量點(diǎn)處的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別記錄五孔探針的五孔壓力值，并同時(shí)記錄 流場(chǎng)參數(shù)總壓和靜壓值。利用前文【背景技術(shù)】中所述公式分別計(jì)算總壓特性系數(shù)、靜壓特性 系數(shù)、偏角特性系數(shù)和俯仰角特性系數(shù)。
[0029] (2)設(shè)定初始馬赫數(shù)初始值為0.5，將馬赫數(shù)、偏角校準(zhǔn)壓力系數(shù)、俯仰角校準(zhǔn)壓力 系數(shù)作為已知參數(shù)，偏角值作為未知變量，采用三元插值獲得偏角值。具體插值方法詳見(jiàn)發(fā) 明內(nèi)容中所述三元插值方法。
[0030] 同理，將馬赫數(shù)、偏角校準(zhǔn)壓力系數(shù)、俯仰角校準(zhǔn)壓力系數(shù)作為已知參數(shù)，俯仰角 值作為未知變量，采用三元插值獲得俯仰角值。
[0031] (3)將馬赫數(shù)、偏角、俯仰角作為已知參數(shù)，總壓特性系數(shù)和靜壓特性系數(shù)作為未 知變量，采用三元插值的方法分別獲得新總壓特性系數(shù)和新靜壓特性系數(shù)。
[0032] 由實(shí)驗(yàn)測(cè)量值、新總壓特性系數(shù)、新靜壓特性系數(shù)代入總壓特性系數(shù)和靜壓特性 系數(shù)計(jì)算公式，計(jì)算得到新總壓和新靜壓，利用氣體關(guān)系轉(zhuǎn)換成新馬赫數(shù)。
[0033] (4)將得到的新馬赫數(shù)與初始馬赫數(shù)進(jìn)行差值，若差值大于設(shè)定精度值，則將初始 馬赫數(shù)替換成新馬赫數(shù)值，并重復(fù)進(jìn)行迭代計(jì)算;若差值小于設(shè)定精度值，則此時(shí)馬赫數(shù)作 為最終計(jì)算值。
[0034] 以上所述僅為本發(fā)明的一種實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種五孔探針數(shù)據(jù)處理方法，是用于提高已標(biāo)定五孔探針應(yīng)用效率的數(shù)據(jù)處理方 法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理方法采用Ξ元插值方式。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的五孔探針數(shù)據(jù)處理方法，其特征是:假設(shè)初始馬赫數(shù)初始值， 將馬赫數(shù)、偏角校準(zhǔn)壓力系數(shù)、俯仰角校準(zhǔn)壓力系數(shù)Ξ個(gè)參數(shù)作為Ξ個(gè)已知變量，偏角作為 未知變量代入探針校準(zhǔn)數(shù)據(jù)內(nèi)，采用Ξ元插值的方法獲得偏角。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的五孔探針數(shù)據(jù)處理方法，其特征是:將假設(shè)初始馬赫數(shù)值、偏 角校準(zhǔn)壓力系數(shù)、俯仰角校準(zhǔn)壓力系數(shù)Ξ個(gè)參數(shù)作為Ξ個(gè)已知變量，俯仰角作為未知變量 代入探針校準(zhǔn)數(shù)據(jù)內(nèi)，采用Ξ元插值的方法獲得俯仰角。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的五孔探針數(shù)據(jù)處理方法，其特征是：由實(shí)驗(yàn)測(cè)量五孔靜壓值、 總壓特性系數(shù)、靜壓特性系數(shù)計(jì)算得到實(shí)際總壓和靜壓，利用氣體關(guān)系轉(zhuǎn)換成馬赫數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的五孔探針數(shù)據(jù)處理方法，其特征是:將得到的馬赫數(shù)與初始馬 赫數(shù)進(jìn)行差值，若差值大于設(shè)定精度值，則將初始馬赫數(shù)值替換成計(jì)算得到馬赫數(shù)值，并進(jìn) 行迭代計(jì)算;若差值小于設(shè)定精度值，則此時(shí)馬赫數(shù)作為最終計(jì)算值。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的五孔探針數(shù)據(jù)處理方法，其特征是:所述數(shù)據(jù)處理方法中Ξ元 插值的方法為:假設(shè)Ξ個(gè)已知變量(馬赫數(shù)、偏角校準(zhǔn)壓力系數(shù)、俯仰角校準(zhǔn)壓力系數(shù))分別為 x，y，z，未知變量(偏角)為f。通過(guò)遍歷算法在探針校準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)找到該數(shù)據(jù)點(diǎn)的位置，使得 x《Xl，yo《y《yl，zo《z《Zl，貝lJ:其中，插值多項(xiàng)式中X為η次，y為m次，Z為1次。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK106096223SQ201610304865
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】張彬彬, 趙慶軍, 崔偉偉, 項(xiàng)效镕
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所