高速流体力学实验 (2).ppt

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1、经热电模拟网络后的铂薄膜电阻温度计的数据处理关系：,座体综合系数，分别或整体标定,基准电压1V，取决放大器,电位差，取决于数据采集,灵敏度，取决于标定,时间常数，取决模拟网络,手工制作；一致性差；安装困难；改变外形；接近极限；缺乏规范。,存在的问题：精度低，影响因素多；,电阻温度系数标定系统软件界面,电阻温度系数标定系统 96路数据采集器,电阻温度系数标定系统96路数据采集器原理图,铂薄膜电阻温度计测热传感器标定系统测量目的与要求测量背景：对铂薄膜电阻温度计测热传感器进行标定，用最小二乘法按R=R0(1+t)求出电阻-温度系数。其中，R0为室温电阻，范围15115；t为温度，从室温85。测量原

2、理：在加热过程中，由恒流源提供流过薄膜电阻温度计的2mA基准电流，通过测量薄膜电阻温度计两端的电压，换算出其电阻值，U=RI。测量通道：被测电阻通道数95。测量精度：电阻为0.01，电压为0.02mV。系统组成：恒流源开关电路Pt100放大器程控放大AD板恒 流 源 1路，2mA，配精密电阻，以便实时对其进行标定。模拟开关电路 96路，程控切换。数字开关电路 96路，程控切换。Pt100放大器 1路。USB型AD板 16bit，16ch，2.5V，216倍程控放大，6路DIO。继电器 4路。机箱、接线插座 USB。,2.2 测试方法 天平测力 测量目的：求得最佳气动布局，验证气动设计结果。天平

3、要求：高灵敏度，高精度，高准度 敏感元件：压电晶体，应变片，加速度计 测量内容：三个分力 轴向力、法向力，侧向力 三个力矩 俯仰力矩、滚转力矩、偏航力矩 主要困难：常规超声速风洞：如何提高精度、准度。常规高超声速风洞：克服温度效应影响，强迫水冷方式。脉冲高超声速风洞：克服惯性力信号的影响，采用补偿方式。,进一步发展：重模型，压电型向压电-应变混合型及应变型发展,FD-07高超风洞,FD-20炮风洞,高超飞行器测力试验通常在暂冲型(常规)和脉冲型风洞进行；常规高超风洞马赫数10的试验，对于要求马赫数更高的测力试验，在激波风洞或炮风洞中完成。常规高超风洞流场对试验模型长时间气动加热；脉冲风洞启动激

4、波对信号的干扰；测力天平设计与测力试验各有其自身特点。实验前，每杆天平都要进行标定静校，对各分力(力矩)用砝码进行加载，脉冲风洞天平，还要进行振动试验。,常规高超风洞全弹测力技术,常规高超风洞有气流加热问题，除在天平设计时需要考虑防热，天平的设计方法和亚跨超声速风洞相同。一般采用水冷结构，天平支杆直径会增加，这样对一些长细比比较大的模型实验带来困难。也采用涂层防热，在天平和支杆上喷涂一层隔热性能好的涂层起到隔热作用。,许多超声速风洞都配有模型快速插入机构，风洞启动过程中，实验模型和天平放在喷管流场外，等流场稳定后，再把天平支撑机构连同模型快速插入流场，并控制好试验时间。如果模型和天平安装结构考

5、虑得当，在马赫数8以下的测力试验，可以不用水冷。对于大多数高超常规测力天平设计技术已经比较成熟，天平的结构方式也比较固定。,典型常规天平结构,常规天平的精校误差一般小于0.3%，可以满足大多数航天型号的常规实验要求。通过进一步精细设计，测量精度还会进一步改善。目前常规全弹测力天平的测量精度，已经和风洞流场品质、二次仪表、数据采集、模型加工精度、天平校测、模型安装等因素引起的误差量级接近，进一步提高常规全弹模型的测力精度应该做全面考虑，在天平结构上要有创新设计。,典型的柱梁式组合元件结构,脉冲风洞测力技术,实验时间短；风洞启动载荷干扰，振动信号叠加在输出信号上；1、压电天平，刚性好，输出大 2、

6、应变式压电天平 刚性较好，输出大 3、应变天平 刚性较好，输出大 4、应力波天平增加补偿系统，消除惯性力。基本方法：适当位置，安装加速度计。,美国clspan和国内力学所都设计了这种结构的天平。,1、压电天平,炮风洞压电天平及加速度计安装,2、应变式压电天平,补偿原理示意图,惯性补偿系统框图,其他测试技术 光学流场显示，阴影、纹影 表面油流 主要难点：流场密度低,基本型模型纹影照片M=7.8，=-5、0、10、15、20,转 捩 过 程,S/RN=1.030 S/RN=2.078 S/RN=4.586 S/RN=6.443 S/RN=9.278,PDF PDF PDF PDF PDF,M=7.

7、91双锥典型表面热流率信号及其脉动概率密度函数,(计算结果，正态概率密度函数),脉动压力传递特性脉动压力 谱频特性,2.4 实验设备暂冲型实验设备(1).FL-21跨超声速风洞 试验段：0.6m0.6m 马赫数：0.43.56 雷诺数：1.22.9107/m 驻点压力：0.9944.88atm 温度范围：285296K 气罐容积：10700m3 气源压力：25atm 运行方式：半回流式(2).FL-24跨超声速风洞 试验段：1.2m1.2m(3).FL-xx跨声速风洞 试验段：2.4m2.4m 亚洲最大的跨声速风洞,(4).FL-31高超声速风洞 试验段：0.5m0.45m 马赫数：4.911

8、.7 雷诺数：0.355.6107/m 驻点压力：0.40.95atm 温度范围：340832K 气罐容积：中压10700m3 高压 104 m3 气源压力：中压 25atm 高压 220atm 运行方式：下吹、引射式,力学所实验设备概况 早期的实验设备,目前的实验设备,脉冲型实验设备(1).激波管 特 点：结构简单，造价低廉，运行费用低，使用简便；靠激波加热，无需额外加热；试验时间短，能量消耗有限；受热时间很短，设备无需冷却；模拟参数范围宽，设备易于组合。主要应用：高超声速气体动力学 高温气体物理化学特性 抗爆工程防护实验研究 压力传感器动态标定 高温化工领域 脉冲推进装置,(1).激波管

9、运行原理：设备结构 各区划分 x-t波图 相容关系 最佳长度比 驱动方式 参数计算：知：u1、a1、p1、1 u4、a4、p4、4 及 Ms运动激波关系u2、a2、p2稀疏波关系 u3、a3、p3相容关系：u3=u2，p3=p2反射激波关系(u5=0)=Mr、a5、p5,(2).JF8A激波风洞-炮风洞 设备结构 运行方式：激波风洞 驱动方式：冷氢、空气(氮气)、爆轰 激波风洞运行原理图,(2).JF8A激波风洞-炮风洞 运行方式：自由活塞炮风洞 活塞材料：超硬铝 优 点：延长试验时间，改善流场品质 炮风洞运行原理图,激波风洞运行中关心的数据试验前驱动形式，空气、氮气、冷氢、爆轰驱动大气压、室温T4，T1；驱动段、被驱动段长度L4、L1，内径4、1；驱动段、被驱动段充气(初始)压力P4，P1试验段、真空罐真空度P试验时被驱动段末端激波速度V，传感器间距140mm 入射激波马赫数Ms，反射激波马赫数Mr被驱动段末端贮室压力P5，T0、P0试验段来流马赫数M，皮托压力Pt，驻点热流q0,