高超声速风洞流场品质要求 第1部分：常规高超声速风洞 征求意见稿

1高超声速风洞流场品质要求第1部分：常规高超声速风洞本文件规定了常规高超声速风洞流场品质测量方法、测量数据处理方法、评价指标与评本文件适用于常规高超声速风洞流场品质的测量与评价。其他进行气动力试验的高超声下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改GB/T16638.1、GB/T16638.2、GB/T16638.3和G常规高超声速风洞conventionalhyperson质为纯净空气或氮气，通过直热式或蓄热式等常规加热评价风洞试验气流优劣程度的重要指标，对于常规高超声速风洞通常包括稳定段总压与总用于将风洞来流进行整流并进行来流总压和总温用于安装模型和装置进行风洞试验和测量的部件2A升力系数曲线在y轴上的截距—a纵向压力差系数曲线在y轴上的截距—B—b———CP—dmfG(f)—g试验段第j截面的总温测点数—h—k—l—Ma—m—n试验段第j截面速度场均匀区的皮托总压测点数—PqSsSPLtsTK xmymαβY σ 34风洞流场品质测量与评价时机和周期4.1风洞流场品质测量与评价时机进行常规高超声速风洞流场品质测量与评价时b)风洞本体部件或测量仪器等有重大变化时；c)试验数据异常，且可能与风洞流场性能有关时；d)达到规定的测量与评价周期；e)其它需要对风洞流场品质进行测量与评价的情况。新风洞投入使用前应包含全部流场品质测量与评价内容，其它时机可根据风洞具体情况4.2风洞流场品质测量与评价时机周期5.1稳定段气流总压与总温测量通过稳定段气流总压与总温测量，给出稳定段气流平均总压和平均总温、总压和总温的偏分别采用压力传感器和温度传感器测量稳定段内气流总压和总温，通常在风洞运行不确定度一般不大于0.75%；4e)数据采集系统的不确定度一般不大于0.1%。测量装置主要包括尖劈、总压探针、总温探针、传感器、数据采总压探针和总温探针布置在尖劈的迎风面。总压探针通过软管、紫铜管或不连接；总温探针内部安装有屏蔽套和热电偶，压力传感器和热电偶与数据采集系统连接。总A——尖劈；B——总压探针；C——总温探针；D——测压连接管；E——热电偶；F——屏蔽套管；G——夹紧环；H——固定环；I——滞止孔a)总压与总温排架应放置在靠近喷管入口的b)总压和总温探针最大间距应不小于稳定段直径的三分之二；c)总压探针和总温探针相对于稳定段5.2试验段气流速度场测量通过试验段气流速度场测量，给出各个测点的当地马赫数、速度场均匀区大小、均匀区内赫数、均匀区内马赫数最大偏差、均匀区内马赫数标准差、马赫数轴向梯5a)试验段气流通过正激波后的皮托总压采用皮托总压探针连接压力传感器或电子压力扫描阀进行测量，压力传感器和扫描阀的测量准确度一般不低于0.1%F.S.；b)排架和支杆危险断面上的应力不超过其材料的抗拉强度极限，考虑到风洞启动和关车时的冲击，安全系数一般取4～6；在最大气动载荷作A——“十”字尖劈；B——皮托总压探针；C——支杆a)轴向测量起始截面可从喷管以内开始，轴向测量距面直径一般不小于2d/3；b)各个测量截面的轴向间距一般不大于d/10，每个截面至少在水平对称线与垂直对称线上进行测量，每条线上皮托总压探针的间距一般不大于d/15。5.3试验段气流温度场测量通常采用热电偶测量试验段气流总温分布，通常进行同一轴向截面和同一时刻水平或者垂总温探针按照一定间距分布在尖劈的迎风面前端，热电偶安装在总温探针内a)热电偶的不确定度要求同5.1.2中a)条；6般不小于2d/3；b)每条线上总温探针的间距一般不大于d/10。5.4试验段气流流向角测量通过试验段气流流向角测量，给出速度场均匀区内典型位置的点流向角和平均流向角。试流流向角测量通常采用测压法和测力法，分别用于测量点流向角和区域平均流向针小侧滑角时水平对称位置压力差为零的侧滑角，求出点横向流 算正、反装测力模型的零升迎角α0D，求出平均纵向流向角。类似地，将测力模型旋转±90º后，测定测力模型小侧滑角时的侧力曲线，计算零侧力侧滑角，求出平均横向a)点流向角测压探针加工偏差不大于0.02mm，开孔误差不大于0.05°,探针安装误差不大于7d)天平各分量的精密度一般优于0.3%，准a)通常选取喷管出口截面进行气流流向角测量，测量位置位于速度场均匀c)平均流向角测量的测力模型位置包括截面中心区域以及垂直方向偏离截面中心的区域应不少A——测量锥头；B——总压测点；C——静压测点5.5试验段气流噪声测量通过试验段气流噪声测量，给出速度场均匀区内典型位置测点噪声水平、声压级、均方根通常采用脉动压力传感器测量气流通过皮托探针端面正激波后的总压脉动，计算得到试验a)脉动压力传感器的准确度等级一般不低于0.5级；a)一般选取喷管出口、均匀区中部以及尾部三个截面b)测点一般包含测量截面中心点，测点间距一般不大于d/5。8A——脉动压力传感器；B——脉动压力探针头；C—紧固件；D—脉动压力探针主体——t时刻平均总压，单位为帕斯卡（Pak——总压测点数；PΔT时间内第i个测点平均总压的计算公式，见式（2 PΔS时间内第i个测点的平均总压，单位为帕斯卡（PaΔS时间内k个测点平均总压的计算公式，见式（3 P风洞有效运行时间内最大总压波动的计算公式，9——t时刻平均总温，单位为开（KTΔT时间内第i个测点平均总温的计算公式，见式（7 TΔS时间内第i个测点的平均总温，单位为开（KΔS时间内l个测点总平均温的计算公式，见式（8 TΔT0φmax=T0i−T0max……………(9)风洞有效运行时间内最大总温波动的计算公式，见ΔT0tmax=T0(t)−T0max…………(10)通过速度场排架测出每一探测管的激波后总压P02，由稳定段排架测出的前室总压P01，按正激波前、后总压关系迭代求出该点的马赫数Maij，迭代计算公式，见式（11迭代精度一般优于10-5：PPMaij——试验段速度场第j截面第i个测点的马赫数。稳定段气流总温小于等于800K时，气流参数按量热完全气体考虑，Y取1.4。总温大于800K小于2000K时，通常按热完全气体考虑，Y随总温变化的关系式和热完全气体的修正方法可参照附录A。6.2.2截面平均马赫数和截面均匀 试验段内沿轴向第j截面速度场均匀区内平均马赫数Maj的计算公式，见式（12 Maj——试验段第j截面速度场均匀区的平均马赫数；n——试验段第j截面速度场均匀区的皮托总压测点数。第j截面速度场均匀区内最大马赫数偏差的计算公式，见式（13第j截面速度场均匀区大小根据式（14数据处理时，先剔除试验中的坏点，剔除准则采用格拉布斯准则，然后再计算平均马马赫数偏差。若超过指标，则需缩小均匀区范围重新计算，直到满足指标为止。第j截面速度场均匀区内马赫数标准差的计算公式，见式（15σMa——试验段第j截面速度场均匀区马赫数标准差。6.2.3流场平均马赫数和流场均匀整个速度场均匀区内平均马赫数的计算公式，m——试验段速度场的皮托总压测量截面数。速度场均匀区内最大马赫数偏差的计算公式，见式若超过指标，则需缩小相应截面的均匀区范围重新计算，直到满足指标为止。6.2.4流场均匀区内马赫数轴向梯马赫数轴向梯度是整个速度场均匀区内截面平均马赫数沿喷管轴线的变化xj——第j截面距离喷管出口的距离，单位为米（m）。6.3.1截面平均总温和截面温度场均匀 试验段内沿流向第j截面温度场均匀区内平均总温T0j的计算公式，见式（21 T0j——试验段第j截面温度场均匀区的平均总温，单位为开（KT0ij——试验段第j截面第i个测点的总温，单位为开（Kg——试验段第j截面的总温测点数。第j截面温度均匀区内最大总温偏差的计算公式，见式（22第j截面温度均匀区大小根据式（23）确定：数据处理时，先根据格拉布斯准则剔除试验中的坏点数据，然后再进行计算。若超过指标，则缩小均匀区范围进行重新计算，直到满足指第j截面均匀区内总温标准差的计算公式，见式（24σT——第j截面均匀区内总温标准差。 整个温度场均匀区内平均总温T0的计算公式，）：）：ΔT=T−T…………(26)ΔT=T−T…………(26) ）：稳定段到试验段的气流温度损失的计算公式，）：ΔTTT T T点流向角数据处理以五孔探针进行描述，其垂直方向上下对称布置1和3号静压测点，水平方向左右对称布置2和4号静压测点，5号中心孔测量皮托总压，如图4所示。正装探针，迎角α（一般α∈[−2,2]）时纵向压力差系数的计算公式，见式（30ΔCPα/P/PPPP通过系列迎角测量试验获得通过线性最小二乘法拟合的ΔCPα~α曲线表达式，见式（31）：ΔCPαb——ΔCPα~α曲线的斜率。计算得到探针正装时纵向压力差系数为零时的迎角α0U。同样，反装探针进行系列迎角试验，计算得到探针反装时纵向压力系数为零时的迎角α0D，迎角以向上为正。因此，纵向点流向角的计算公ΔCPβ~β,计算得到探针正、反装横正装测力模型，测定小迎角（一般α∈[−2,2]）时的升力系数曲线（CL~α),通过线性最小=A+B.α…………(34)A——CL~α曲线在y轴上的截距；B——CL~α曲线的斜率。 计算得到测力模型正装时零升迎角α0U。同样，反装测力模型进行系列迎角试验，得到测力模型 反装时零升迎角α0D，升力和迎角以向上为正。因此，纵向平均流向角的计算公式，见式（35类似地，通过测力模型旋转±90º测定小侧滑角（一般β∈[−2,2]）时的侧力曲线（CZ~α),计算得到测力模型正、反装侧力系数为零时的侧滑角β0U和β0D，横向平均流向角的计算公式，见式 P(t)——随时间变化的脉动压力，单位为帕斯卡（Pa）； P——ΔS时间内脉动压力平均值，单位为帕斯卡声压级的计算公式，见式（38）：脉动压力系数的计算公式，见式（39）：气流噪声的计算公式，见式（40）：PP,rms和CP,noise描述所测频率范围内脉动压力的总强度。功率谱密度函数计算公式，见式（41G(f)——功率谱密度；f——频率，单位为赫兹（Hz）；功率谱密度函数描述脉动压力能量随频率的分布，为减少功率谱密度分析中的随测量项目和内容稳定段气流总压与总温总压相对偏差总压波动(ΔP）总温相对偏差(ΔT0φmax)总温波动(ΔT）试验段气流速度场马赫数相对偏差马赫数标准差马赫数轴向梯度（dMa/dx）0.1m-10.05m-1试验段气流温度场总温相对偏差(σT/ΔT0max）试验段气流流向角(Δαmax、Δβmax）平均流向角(Δαmax、Δβmax）试验段气流噪声常规噪声流场低噪声流场静音流场当试验段气流总温大于800K时，热完全气体的静温修正系数f1和静压修正系数f2分别由式（A.1）和（A.2）确定：RT=1+0.2Ma2……………(A.5)θ——分子振动特征温度，对于空气其值取3