一种激波风洞中边界层参数测点的布局方法及调节装置与流程

1.本发明涉及实验空气动力学技术领域，尤其涉及一种激波风洞中边界层参数测点的布局方法及调节装置。


背景技术：

2.激波/边界层干扰现象普遍存在于进气道流场中，边界层的分布情况对进气道总压恢复系数、捕获流量系数及流场均匀度等皆有影响。当边界层较厚时，在入射激波或下游反压的干扰下所形成的分离区有时会堵塞内通道，进而导致进气道的不起动。如何有效测量高超声速进气道内边界层的分布与状态，对校核数值计算、分析进气道性能具有重要意义。
3.边界层测量是激波/边界层干扰研究的重要内容，截至目前的边界层试验数据都来自于常规暂冲风洞，覆盖的雷诺数及壁温总温比，尤其是马赫数的范围有限，不能满足未来临近空间高超声速飞行器进气道内流设计与控制技术的发展需求。目前为止，已经有piv技术、npls技术和皮托探针技术用于边界层厚度特性的研究报告。但是，若将其应用于高超声速激波风洞中，其具有如下问题：
4.1、示踪粒子的聚簇问题、粒子的跟随性问题和粒子图像处理等问题，使得piv和npls在高超声速条件下的应用面临许多困难，在高超声速高温条件下的应用未见报道；
5.2、对于可调节的皮托探针技术，例如在暂冲式风洞中为了获得边界层速度剖面上更多的数据点，常常通过带动力机构调整这种可法向调节的皮托探针，来获得测量平面上多测点的测量数据。此时调节机构的动作时间常常在0.1秒量级，此种调节技术手段显然无法适用于毫秒量级试验时间的激波风洞边界层测量试验研究；
6.3、对于固定的皮托探针技术，由于皮托探针的分布不能对当地流场造成堵塞，因此整个测量装置上的皮托探针数目就不能布置太密集，获得的边界层速度剖面上测点数据过于稀疏，从而影响边界层参数测量的密集度，更无法实现对测量平面上任意法向位置的速度分布测量。
7.因此，在激波风洞中发展边界层测量技术、开展内流边界层测量，提高边界层参数测量的密集度，以及实现对测量排架站位上任意空间位置的气流参数测量，是亟待解决的问题。


技术实现要素：

8.本发明旨在提供一种激波风洞中边界层参数测点的布局方法及用于边界层参数测点法向位置的静态调节装置，以提升高超声速激波风洞中边界层参数测量的密集度，以及实现对排架站位上任意空间位置的气流参数测量。
9.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
10.一种激波风洞中边界层参数测点的布局方法，包括：
11.s1、确定测量排架数量，以及每根测量排架上皮托探针总压测点数目和间距，进而
确定皮托探针总压测点的初始法向位置；
12.s2、开车进行激波风洞试验，获得测量截面边界层剖面的测点数据；
13.s3、若测点数据分布不合理或过于稀疏时，对边界层剖面上数据测点进行插值调整，进而更新皮托探针总压测点的法向位置；
14.s4、根据皮托探针总压测点的更新法向位置和初始法向位置，确定每根测量排架的法向调节距离；
15.s5、根据法向调节距离对每根测量排架进行静态调节，再次开车进行激波风洞试验。
16.优选地，根据法向调节距离对每根测量排架进行静态调节，包括如下步骤：
17.s501、松开测量排架的锁紧螺钉，用小扳手转动调节螺钉；
18.s502、调节螺钉在转动过程中带动测量排架的下侧方形柱在排架底座的方形通孔中上下滑动，直到滑动量达到测量排架的法向调节距离；
19.s503、拧紧锁紧螺钉对测量排架进行锁紧固定。
20.本发明的另一目的在于提供一种应用于上述调节方法的一种边界层参数测点法向位置的静态调节装置，包括排架底座和测量排架,所述排架底座的上端有连接座，所述连接座开设有竖向的方形通孔，所述测量排架沿高度方向布置有压力传感器和皮托探针，所述测量排架的下侧一体连接有与所述方形通孔间隙配合的方形柱，所述方形柱的下端螺纹连接有调节螺钉，所述连接座的一个侧面安装有用于固定测量排架的锁紧螺钉，所述连接座下方的排架底座上安装有固定座，所述调节螺钉的六角端和所述连接座的底端之间设置有垫片。
21.本发明的技术效果是：
22.本发明通过对边界层参数测点的合理布局、以及静态调节皮托探针总压测点的法向位置，获得测量截面上数据测点分布及数据测点密集度更为合理的边界层速度剖面，从而提升了边界层参数测量的密集度并可实现对边界层测量排架站位上任意空间位置的气流参数测量，为激波风洞中开展激波边界层干扰试验研究提供了有效的技术途径，为激波风洞中开展边界层参数测量试验提供了可靠的试验技术手段。
附图说明
23.图1是本发明实施例提供的一种激波风洞中边界层参数测点的布局方法的流程图；
24.图2是本发明实施例提供的一种边界层参数测点法向位置静态调节装置的结构示意图；
具体实施方式
25.下面结合附图和实施方式对本发明做进一步的详细说明：
26.说明书附图中的附图标记包括：排架底座1、测量排架2、调节螺钉3、固定座4、垫片5、锁紧螺钉6。
27.实施例
28.如图1和图2所示的，一种边界层参数测点法向位置的静态调节装置，包括排架底
座1和测量排架2,排架底座1的上端有连接座，连接座开设有竖向的方形通孔，测量排架2沿高度方向布置有压力传感器和皮托探针，测量排架2的下侧一体连接有与方形通孔间隙配合的方形柱，方形柱的下端螺纹连接有调节螺钉3，连接座的一个侧面安装有用于固定测量排架2的锁紧螺钉6，连接座下方的排架底座1上安装有固定座4，调节螺钉3的六角端和连接座的底端之间设置有垫片5。
29.一种激波风洞中边界层参数测点的布局方法，包括以下步骤：
30.s1、确定测量排架2数量，以及每根测量排架2上皮托探针总压测点数目和间距，进而确定皮托探针总压测点的初始法向位置；
31.测量排架2的数量以不对模型当地测量排架2之间的通道造成堵塞进行设定，实施例中测量排架2包括四根独立的排架，在模型主体的宽度方向上均布；
32.每根测量排架2上，皮托探针总压测点的数目以与皮托探针相连的两个脉动压力传感器之间不产生几何干涉为标准进行设定，实施例中每根测量排架2布置4个皮托探针总压测点；
33.根据气流经过模型主体外压缩平面压缩后产生气流偏转的大小，可以确定出边界层测量装置所在测量平面的气流范围，根据模型主体当地表面到气流边缘之间的距离除以测量排架上皮托探针总压测点数16，得到各皮托探针总压测点的间距，进一步确定出各皮托探针总压测点距离模型主体当地表面的距离，将这些距离合理地分配到每根测量排架2上，就确定出每根测量排架2上皮托探针的间距，进一步确定皮托探针总压测点的初始法向位置。
34.s2、开车进行激波风洞试验，获得测量截面边界层剖面的测点数据；
35.当测量排架2上皮托探针总压测点处于初始法向位置时，开车进行激波风洞试验，获得测量截面的边界层剖面的测点数据。
36.s3、若测点数据分布不合理或过于稀疏时，对边界层剖面上数据测点进行插值调整，进而更新皮托探针总压测点的法向位置；
37.当边界层速度剖面上的测点数据分布不合理或测点分布过于稀疏时，对边界层速度剖面上数据测点进行插值调整，根据调整后的数据测点分布要求，确定出皮托探针总压测点的最新法向位置。
38.s4、根据皮托探针总压测点的更新法向位置和初始法向位置，确定每根测量排架2的法向调节距离；
39.将皮托探针总压测点的最新法向位置，合理地分配到测量排架2的每根测量排架上，对比皮托探针总压测点的初始法向位置确定每根测量排架2的法向调整距离。
40.s5、根据法向调节距离对每根测量排架2进行静态调节，再次开车进行激波风洞试验。
41.进一步的，对每根测量排架2的调节方法，包括以下步骤：
42.s501、松开测量排架2的锁紧螺钉6，用小扳手转动调节螺钉3；
43.s502、调节螺钉3在转动过程中带动测量排架2的下侧方形柱在排架底座1的方形通孔中上下滑动，直到滑动量达到测量排架2的法向调整距离；
44.s503、拧紧锁紧螺钉6对测量排架2进行锁紧固定。
45.根据每根测量排架2的法向调节距离，在再次风动开车试验前，对每根测量排架2
进行调节：
46.步骤一，松开第一根测量排架2的锁紧螺钉6,用小扳手转动调节螺钉3,由于调节螺钉3的六角头下端面被固定座4的上壁面限位，调节螺钉3的六角头上端面被垫片5的下表面限位，垫片5的上表面被排架底座1方形通孔的下端面进行限位，调节螺钉3在转动的过程中带动第一根测量排架2的下部方形柱在排架底座1的方形通孔中上下滑动，直到滑动量达到第一根排架2的法向调节距离，然后通过锁紧螺钉6对第一根测量排架2进行锁紧固定。
47.步骤二，按照步骤一方法对第二根测量排架2进行调节，直至完成所有测量排架2的调节。
48.步骤三，如果有必要可以将某一皮托探针总压测点按照步骤一调整至测量截面上速度剖面内的任意位置，实现对排架站位上任意位置的气流参数测量。
49.步骤四，测量排架2的法向位置调整完毕后，再次开车进行激波风洞试验，获得测量截面上数据测点分布及数据测点密集度更为合理的边界层速度剖面。
50.进一步的，根据激波风洞试验得到的皮托探针总压测点的压力测量结果和模型当地各静压测点的静压测量值，可以得到测量平面上每一个总压测点所在位置的气流马赫数，进一步得到测量平面所在位置的边界层速度剖面，根据边界层速度剖面可以得到速度边界层厚度、边界层位移厚度、边界层动量厚度等边界层重要参数。
51.以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未做过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。