《高速流体力学实验》PPT课件

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、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=1.030S/RN=2.078S/RN=4.586S/RN=6.443S/RN=9.278,PDFPDFPDFPDFPDF,M=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：4.911.7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104m3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、1u4、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