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探针
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探针测量校准系统机械结构设计,探针,测量,校准,系统,机械,结构设计
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何梦珂 探针测量校准系统机械结构设计扬州大学广陵学院毕业设计（论文）前期工作材料学 生 姓 名： 何梦珂 学号： 100007111 教 科 部： 机 械 电 子 系 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计（论文）题目： 探针测量校准系统机械结构设计 指 导 老 师： 李 鹭 扬 材 料 目 录序号名 称数量备注1毕业设计（论文）选题、审题表12毕业设计（论文）任务书13毕业设计（论文）实习调研报告14毕业设计（论文）开题报告（含文献综述）15毕业设计（论文）外文资料翻译（含原文）16毕业设计（论文）中期检查表1 2014 年 4月 9日 扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）题目申报表设计（论文）题目探针测量校准系统机械结构设计题目类型1题目来源A面向专业机械设计制造及其自动化指导教师李鹭扬职称副教授学位博士从事专业方向串、并联机器人题目简介： 七孔探针测量校准系统是风洞实验中用于校准七孔探针的装置。该装置需要相互垂直的两个回转运动，运动速度不高，但是精度要求较高，而且探针是伸入风洞试验段的，因此在结构上要符合空气动力学测量的要求。审核意见：审核人签名：年 月 日题目类型1、为结合科研；2、为结合生产实际；3、为结合大学生科研训练计划；4、为结合学科竞赛；5、模拟仿真；6、其它题目来源A.指导教师出题 ； B.学生自定、自拟扬州大学广陵学院毕业设计（论文）任务书教 科 部： 机 械 电 子 系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名: 何 梦 珂 学号: 100007111 毕业（论文）题目： 探针测量校准系统机械结构设计 起 迄 日 期： 2014.2.22-2014.6.6 设计（论文）地点： 扬州大学江阳路南校区 指 导 老 师： 李 鹭 扬 专 业 负 责 人： 发任务书日期： 2014年 4月9 日扬州大学广陵学院本科生毕业论文任务书论文题目探针测量校准系统机械结构设计年级大四专业机械设计制造及其自动化学生姓名何梦珂学号100007111主要内容：1. 具有较好的机械设计理论基础，能熟练掌握二维和三维的制图软件，具有比较强的独立研究和探索能力，具有较强的主动沟通意识。2. 探针测量校准系统机械结构设计,完整的机械设计过程及其说明；3. 完成二维或者三维的设计图纸绘制；4.查阅文献15篇以上，翻译不少于5000印刷符的英文资料；5.撰写开题报告：包括工作任务分析、调研报告或文献综述、方案拟定与分析以及实施计划等；6.撰写毕业论文，篇幅不少于1万字。主要任务及基本要求（包括指定的参考资料）：主要任务及基本要求：1、撰写开题报告：包括工作任务分析、调研报告或文献综述、方案拟定与分析 以及实施计划等；2、查阅文献14篇以上，翻译不少于5000印刷符的英文资料；3、熟练运用二维三维绘图软件；4、撰写毕业论文，篇幅不少于1万字。主要参考文献：1 A.A.,Gerner and C.L.,Maurer, U.S., Air Force Academy, CO. Calibration of Seven-Hole Probes Suitable for High Angles in Subsonic Compressible Flows. AIAA Paper 82-0410, Jan 1982.2 Everett, K.N, Gerner, A.A., and Durston, D.A., Seven-Hole Cone Probes for High Angle Flow Measurement: Theory and Calibration. AIAA Journal, Vol.21, No.7,1983, pp992-998.3 Zilliac, G.G., Calibration of Seven-Hole Pressure Probes for Use in Fluid Flows with Large Angularity. NASA technical Memorandum 102200, December, 1989. 4 M. D. Zeger, L. P. Chalmeta, and D. P. Telionis, Tip Geometry Effects on Calibration and Performance of Seven-Hole Probes, AIAA Paper98-2810, 1982.5 齐孟卜、李京伯，测量亚音速可压缩流动大流动角的七孔探针，南京航空学院，1983.6 冯亚南,吴成,熊善文. 双三角翼外翼前缘钝化对涡流特性的影响J北京航空航天大学学报, 1997,(03).7 张传聚,王立志. 工业锅炉炉膛空气动力特性的试验研究J山东工业大学学报，1999,(03).8 顾蕴松,明晓. 大迎角细长体非对称空间流场特性的试验研究J流体力学实验与测量, 2005,(02).9 赵学训. 螺旋桨滑流对飞机绕流影响的试验研究J. 流体力学实验与测量，1995.10 双层壁扩压器波瓣喷管引射掺混流动的实验研究南京航空航天大学学报,2003年 01 期.11 高正直升机空气动力学的新成果M北京：航空工业出版社，199912 顾蕴松，明晓，舰船飞行甲板真实流场特性试验研究，航空学报，Vol.22，No.6，2001.13 Johansen, E.S., Vijayagopal, R., and Rediniotis, O.K., Novel High-Accuracy Calibration Algorithm for Multi-Hole Prpbes in compressible Flowfields. NASA Report, 1997.14 Espen.S.Johansen, Othon K.Rediniotis, Greg Jones, The Compressible Calibration of Miniature Multi-Hole Probes ， Journal of Fluids Engineering, VOL.123,MARCH 2001.15 O.K. Redionotis, G. Chryssanthakopoulos, Application of neural networks and fuzzy logic to the calibration of the seven-hole probe,Journal of Fluids Engineering 120 (1998) 95101.发出任务书日期： 2014年2月22日完成期限：2014年4月9日指导教师签名：专业主任签名：年月日扬州大学广陵学院毕业设计（论文）实习调研报告学 生 姓 名： 何梦珂 学号： 100007111 专 业： 机械设计制造及其自动化 指 导 老 师： 李 鹭 扬 扬州大学广陵学院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名： 何梦珂 学 号：100007111 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计(论文)题目： 探针测量校准系统机械结构设计 指 导 老 师： 李 鹭 扬 2014年 4 月 9 日扬州大学广陵学院本科生毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目探针测量校准系统机械结构设计题目来源指导老师出题题目类型为结合科研指导教师李鹭扬学生姓名何梦珂学 号100007111专 业机械设计制造及其自动化开题报告内容：（调研资料的准备与总结，研究目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段、 内容及时间安排；完成毕业设计（论文）所具备的条件因素等。）本毕业设计（论文）课题应达到的目的：（1）培养学生的调查研究以及资料、信息的获取、分析等综合能力；（2）培养学生的工程设计能力，主要包括设计、计算及绘图能力；（3）培养学生的综合运用专业理论知识，分析解决实际问题的能力；（4）培养学生的在设计过程中使用计算机的能力；（5）培养学生的撰写设计说明书、论文的能力；（6）培养学生创新能力和创新精神。本毕业设计（论文）课题工作进度计划：起止日期工 作 内 容2014-02-222014-03-312014-04-12014-05-302014-06-012014-06-07毕业设计开始，查阅中外文资料，完成外文翻译，完成实习调研和实习报告，完成开题报告；进行毕业设计，接收毕业设计中期检查，根据设计要求，进行机械结构原理设计和结构设计，撰写毕业设计论文；修改完善毕业论文、准备毕业答辩、整理毕业设计期间的所有资料、成果并归档。 文 献 综 述流动测量是研究飞行器气动性能的重要途径，尽管流体流场测量已步入复杂而昂贵的光、电设备测量时代，例如激光多普勒测速仪、粒子图像测速仪、热线风速仪等，但在某些测量场合下，特别是测量平均速度，多孔压力探头仍是主要选择之一。在三维测量情况下，一个经过仔细设计、精良制造、严格校准的七孔探针，其测速精度可超过三维热线，在可以忽略接触式测量对流场的干扰的场合（例如外场实物全尺寸测量），往往优先考虑简单实用的七孔探针来测量速度压力，而不选用调试操作复杂的三维激光测速仪。 七孔压力探针既是一种高性能的流场测量仪器，又是一种有效而又精确的测量方法1-5。通过测量七个孔的压力值，利用已校准的数据库和局部最小二乘法插值，就能够精确地确定速度的大小和方向、总压和静压、马赫数、雷诺数以及诸如密度和粘性等流场性质。与激光多普勒测速仪（LDV）、粒子成象测速仪（PIV）以及热线风速仪相比，七孔探针有它自身的优越性：价格便宜，设备简单，测量方法简单，对环境要求低，精度很高等。 目前许多飞机已广泛采用前缘边条，前掠翼和鸭式布局的飞机也已研制出来。这些气动布局证明，利用强旋涡控制可提高飞机的机动性。像协和号超音速客机的机翼，实际上与涡升力的复杂流动有关。S 形弯曲进气道的强漩流也是引起发动机喘震的重要原因之一。如果机翼上主次涡的干扰处置不当，会引起气流分离和升力损失。虽然流动显示技术对漩涡干扰可以做到直观而又深刻的了解，但不能进行定量测量。 七孔探针的出现，其目的在于能够高精度地测量流动角高达80 度的流动，能用于风洞实验模型周围及其后面尾迹的复杂流动的定量测量。因此从八十年代以来七孔探针一直被广泛用于大角度复杂流动的测量，其意义在于适应我国航天科学研究发展的需要，为目前和将来能设计出更先进的飞机、为国防事业提供有力的帮助。 虽然现在七孔探针在不可压缩流测量中的应用越来越广泛6-10，但目前的七孔探针测量系统对数据的采集和处理过程也相当繁琐且处理周期比较长，一直没有形成一个高效的测量系统。特别是在某些特定场合，如全尺寸测量，飞行实测以及恶劣环境下的流动测量等，要求测试系统必须具有稳定性好，操作简单，高精度的特性。现代海战越来越强调海空协调作战，从而促使海军直升机得到迅速的发展。海军直升机具有强大反潜反舰等功能，执行不同的任务，投放的导弹或鱼雷也有所不同，因此投放方式有所差距。有的投放不需要开伞，而有的则需要，飞行投放开伞靠开伞绳的长短来实现。为了确保加装带伞鱼雷投放的安全性，急需对投雷环境（弹舱下部）的气流流场进行测量，为投放方案设计提供依据。目前，国内外对直升机流场进行飞行实测研究非常少，直升机复杂的气动特性，特别是在机腹的流场特性，除了受前飞速度的影响外，还受到旋翼所产生的下洗速度，直升机的复杂外形以及自然风等因素的影响，使得流场难以预测11,12因此，结合七孔探针流场测量的优点，针对直升机腹部流场测量的要求，开发出一套适用性强，性能优良的七孔探针实时测试系统是十分必要的。同时，界面友好，实时性强的测试系统也能为七孔探针的广泛应用提供方便。 目前，国内对七孔探针的研究与运用仅局限在低速不可压缩流中，随着四代战斗机的出现，超音速巡航，高机动性成为飞机的重要性能指标，此时对飞机流场的研究仅靠在低速中测量是远远不够的，又由于其他测量手段的局限性，急需对七孔探针在可压缩流中乃至超音速流中应用进行研究13,14。 对七孔探针进行可压缩测量方法研究如果采用实验的方法，则所需采集点数目繁多，对实验仪器的安装与可靠性都要求非常高15,16，同时需要大量的集中气源，使得校准费用变得非常昂贵。数值计算是近年来在流体力学理论研究和实际工程应用中发挥了巨大作用的有力工具之一，对七孔探针在可压缩中的校准理论研究阶段采用数值计算的手段是非常合理和必要的，通过研究七孔探针的绕流以及受力分析能够为实验方案的设计与优化提供非常有利的帮助。 我国学者对七孔探针已有一定量的研究，在研究实验过程中也发现了七孔探针测量流场时的局限性，受加工工艺水平，测量方法和测量设备的影响。在解决七孔探针问题的过程中，我们意识到七孔探针作为一种流场测量工具，不仅要求其测量结果合理精确，同样重要的是使用要方便实用，鉴于七孔探针校准及测量方法都很繁琐，所以急需用计算机语言编写出一套完整的校准及测量程序，使其拥有友好实用的界面，方便使用者进行七孔探针测量流场。七孔探针校准及测量程序要求与硬件设计结合，自动完成数据采集处理过程，校准和测量算法内嵌其中，并且可以扩展变化。这样，七孔探针就有了继续深入研究和技术发展的平台，七孔探针的使用也会得以简化，使七孔探针应用有更广阔的前景。主要参考文献1 A.A.,Gerner and C.L.,Maurer, U.S., Air Force Academy, CO. Calibration of Seven-Hole Probes Suitable for High Angles in Subsonic Compressible Flows. AIAA Paper 82-0410, Jan 1982.2 Everett, K.N, Gerner, A.A., and Durston, D.A., Seven-Hole Cone Probes for High Angle Flow Measurement: Theory and Calibration. AIAA Journal, Vol.21, No.7,1983, pp992-998.3 Zilliac, G.G., Calibration of Seven-Hole Pressure Probes for Use in FluidFlows with Large Angularity. NASA technical Memorandum 102200, December, 1989.4 M. D. Zeger, L. P. Chalmeta, and D. P. Telionis, Tip Geometry Effects onCalibration and Performance of Seven-Hole Probes, AIAA Paper98-2810, 1982.5 齐孟卜、李京伯，测量亚音速可压缩流动大流动角的七孔探针，南京航空学院，1983.6 冯亚南,吴成,熊善文. 双三角翼外翼前缘钝化对涡流特性的影响J北京航空航天大学学报, 1997,(03).7 张传聚,王立志. 工业锅炉炉膛空气动力特性的试验研究J山东工业大学学报，1999,(03).8 顾蕴松,明晓. 大迎角细长体非对称空间流场特性的试验研究J流体力学实验与测量, 2005,(02).9 赵学训. 螺旋桨滑流对飞机绕流影响的试验研究J. 流体力学实验与测量，1995，（04）.10 双层壁扩压器波瓣喷管引射掺混流动的实验研究南京航空航天大学学报,2003年 01 期.11 高正直升机空气动力学的新成果M北京：航空工业出版社，199912 顾蕴松，明晓，舰船飞行甲板真实流场特性试验研究，航空学报，Vol.22，No.6，2001.13 Johansen, E.S., Vijayagopal, R., and Rediniotis, O.K., Novel High-Accuracy Calibration Algorithm for Multi-Hole Prpbes in compressible Flowfields. NASA Report, 1997.14 Espen.S.Johansen, Othon K.Rediniotis, Greg Jones, The Compressible Calibration of Miniature Multi-Hole Probes ， Journal of Fluids Engineering, VOL.123,MARCH 2001.15 O.K. Redionotis, G. Chryssanthakopoulos, Application of neural networks and fuzzy logic to the calibration of the seven-hole probe,Journal of Fluids Engineering 120 (1998) 95101.16 Ericksen A.L.,Gallington R.W.,Rao B.M. Rapid calibrationof seven-hole probesR. NASA TM-107040, 1995.本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）主要研究内容：1、 探针结构的构型选择；2、 探针的转动和俯仰运动分析；3、 探针结构的完整机械系统；4、 探针结构的力学分析；5、 根据分析结果采用ADAMS软件对探针结构进行优化。研究工作步骤：1、查阅相关的文献资料，熟悉和掌握机构理论和方法，清晰设计思路；2、根据设计要求，进行探针标定装置原理设计和结构设计；3、采用ADA
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