热流校准的不确定度——美国热流计的校准

AEDC(Arnold Engineering Derelopment Center)负责对热流传感器进行校准。本文介绍有关该校准不确定度的研究工作和研究结果。校准总的不确定度是综合AEDC和NBS(美国国家标准局)各自作的几组校准数据求得的。第一组数据是按块式卡计标准校准六个热流传感器得到的,块式卡计和六个热流传感器都是AEDC制造的。校验中采用九支(1kW/支)石英灯组成辐射热源。由这些校准数据计算六个传感器中每个传感器的精度。此六个传感器送到NBS Fire研究中心(华盛顿)进行标准复校。第二组校准数据取自这些复校试验。因此,可以说是按NBS热流标准进行了标准传递。NBS也采用辐射热源,也用AEDC类似的步骤进行校准。比较AEDC和NBS各自获得的数据,确定每一传感器的偏差值。综合此偏差和精度两个数据,计算每个传感器的总不确定度。六个传感器算出的平均不确定度是±3％。     

简讯

美国AED CArnold工程研究中心,1963年建立了以块式卡计为标准的热流校验系统,对风洞气动热试验用的二次标准计进行校准(二次标准计有Gardon计和Schmit-Boelte计两种)再用二次标准计对工作热流传感器进行校准。块式卡计标准是一个纯铜的圆板,造用纯铜板是因它的比热等热物性参数准确(<1％),大家公认。通过有限元二维热传导TRAX计算机程序分析模化块式卡计,得到理     

偏转翼前缘热流分布特征

对于偏转翼,其迎风角和偏转角直接影响到前缘弧面上热流最高点的分布位置。运用球面三角学原理并基于后掠圆柱热流计算公式推导偏转翼的迎风角、偏转角和离心角(前缘弧面上偏离前缘中心线的角)之间的关系。在确定迎风角和偏转角的条件下,应用该式可以直接确定前缘弧面上最大热流的分布位置,该结果与实验及工程计算结果基本一致,可以基本满足工程使用要求。最后分析前缘上最大热流位置随迎风角及偏转角的变化规律。     

测量不确定度的计算方法

本文主要介绍一种在美国已被普遍采用的测量不确定度的计算方法。着重介绍这种方法的分析步骤、误差的分类、随机不确定度、系统误差限和总不确定度的计算方法,同时还探讨了这种方法尚待进一步研究的问题。最后,作为例子,给出了这种方法在风洞热流传感器校准试验中的应用。     

塞块量热计的热流计算与修正方法研究

为减小塞块量热计的热流测量误差,对其热流计算与修正方法开展了研究。根据能量守恒原理和传热理论,建立了隔热套结构塞块量热计的传热模型和计算方法;通过对塞块量热计传热模型的仿真分析,给出了温升率提取方法和计算误差的主要影响因素;提出了直接比对标定修正方法和基于标定的数值计算修正方法。仿真和试验结果表明:两种方法均能较大幅度减小塞块量热计的热流测量误差,使其误差控制在5%以内;直接比对标定修正方法的误差相对更小,但要求热流标定系统能覆盖被测热流范围;基于标定的数值计算修正方法对热流标定系统要求较低,适用范围更广。     

激波风洞驻点热流测量误差机理及其不确定度研究

详细分析了测热传感器安装后驻点区曲率变化对局部流场变化和热流变化的影响规律,并根据不同传感器的类型和敏感元件的组成情况,研究给出了修正方法和修正系数;研究了传感器表面温升与热流之间的相互影响关系,对热流实测结果进行了修正。同时,研究了来流流场的微小变化对热流的影响,分析了传感器组成尺寸、人为读数、传感器重复使用等随机因素对热流测量的影响,并结合随机误差分析理论给出了不确定度的评定方法,计算得到了某次热流试验中的测量不确定度。并由此给出了对传感器制作和测热试验方法的改进建议。该文的研究内容有利于进一步提高热流测量精度,为高超声速飞行器的研制提供参考。     

Gardon式热流传感器测试误差分析

本文针对Gardon式热流传感器的测试误差,从理论推导和数值模拟两个方面,分析出Gardon式热流传感器产生测试误差的原因。同时,对理论推导和数值模拟计算分析得出的传感器输出电势与施加热流条件之间的线性关系进行了试验验证。试验结果表明上述两方面分析所得的线性关系真实存在。小量程Gardon式热流传感器在短时间内高热流条件下使用时,其标定系数(灵敏度)可以外延使用,且其稳态测试结果与适用量程的Gardon式热流传感器稳态测试结果较为一致。本文的研究结果拓宽了现有传感器的使用量程,为地面热试验中小量程灵敏度(系数)的热流传感器的超量程使用所获取数据的准确性和有效性提供了有效的理论依据和数据支撑。     

壁稳电弧等离子体温度和辐射标准设备的研制

研制了氩壁稳电弧等离子体装置,其最大功率25kW,电流0～140A,4小时内电流的稳定性0.005%,纹波系数0.1%。在可靠的状态诊断实验基础上测试了主要性能。当压力为0.1～0.5MPa、电流不小于20A 时,电弧轴心区等离子体是LTE(局部热力学平衡)的。60A 电流下4小时内 ArI430.0nm 谱线辐射的稳定性±1.0%,1个月内的再现性±1.8%,温度可调范围10000～16000K,不确定度0.4%。同时测定了某些特定谱线斯塔克宽度与电子密度的实验关系。结果表明,性能完全达到了建立10000～15000K温度和近紫外高强度及真空紫外辐射标准的要求。     

高速风洞试验模型姿态角的视频测量及不确定度研究

高速风洞测力试验中,阻力系数精度瓯的先进指标为0.0001,按误差分配原理,要求试验模型迎角的测量精度以≤0.01°.为此,研究风洞试验中模型姿态角视频测量及其不确定度,给出其系统误差的补偿方法.实测数据(马赫数为1.5、2.0、3.0和4.0)表明:在2m暂冲式超声速风洞试验中,各阶梯迎角测量数据的标准差(含风洞气流脉动致模型姿态角振动产生的误差)在0.0018°和0.0094°之间,迎角实测估计值的标准不确定度≤0.003°,由此可知,姿态角视频测量系统的靠≤0.0094°.本方法既不破坏模型的外形,又不改变模型的刚度与强度,具有实用价值.     

非均匀流场中燃油浓度测量的试验技术

本文设计了在非均匀流场中,能同时测量其速度分布、浓度分布和温度分布的取样感头,建立了相应的测试系统,分析讨论了该系统的测量精度及其影响因素。在常温和高温气流作用下,测量了非均匀流场中燃油浓度分布、速度分布及温度分布。燃油浓度在常温时误差在±10％以内,高温时误差在±6％以内。     

GXJ-100S高压校准激波管系统

本文简要介绍了新建成的 GXJ-100S 高压校准激波管系统,它由 GXJ-100高压校准激波管装置,气体供给与回收系统,电、气动控制与液压系统,测试与数据处理系统组成。其技术性能为:最大阶跃压力△P_s=109MPa,平台压力持续时间4～8ms,幅值不确定度小于±6%,不重复性小于±4%,平台稳定段压力不平度小于±2%,前沿上升时间小于0.05μS。文中还讨论了某些实际应用情况。     

基于GM(1,1)模型的小样本测量数据不确定度评定方法

测量不确定度一般来源于随机性和模糊性,分为A类标准不确定度和B类标准不确定度.测量不确定度往往由统计方法或非统计方法求得标准不确定度后再合成得到.灰色系统理论对样本量没有严格要求,不要求服从任何分布.可以解决统计方法需要的一定数量测量数据且需知道其统计分布规律在实际中很难做到的问题.本文利用灰色系统理论的GM(1,1)模型给出求解标准差的新方法.以此来评定A类标准不确定度,对测量数据的数量和分布规律元特殊要求,适合小样本测量数据的不确定度评定.该方法对于提高测量效率具有重要参考价值.     

纵波法探伤定量分析的不确定度评定

测量不确定度在检测工作中非常重要,ＩＳＯ等国际组织已有要求。本文分析了超声波探伤纵波检测的误差来源,评定了在探伤过程中的不确定度。     

天平校准不确定度的一种评估方法

建立了一套完整的天平校准不确定度评估流程:单独评估校准系统的不确定度、基于检验载荷的残差,通过偏差极限和精度极限评估其它各误差源引入的不确定度、合并得到校准不确定度结果。以BCS-100天平校准系统为例,选择天平TG624C重复校准7次,实现了该评估方法。评估结果表明:(1)天平安装的滚转角和加载时天平的角位移,二者引入的不确定度为主要分量,应作为技术改造的重点;(2)Q、Z和My 3个小量单元,受Y和Mz 2个大量的干扰,其不确定度值稍大;(3)精度极限相比于偏差极限要小很多。建立的整套评估方法对于其他校准系统也是通用的。     

凹版印刷Mark线在线检测系统的研究

文章在分析Mark线在线检测系统工作原理的基础上 ,着重论述了Mark线在线检测系统的实现方案及其设计电路。该检测系统电路简单、可靠 ,并能保证凹版印刷机在线速度为 12 0米 /分钟的高速工作条件下 ,各色相对基准色套色偏差的控制不超过± 0 .2mm。     

加载头不确定度评定方法研究

在风洞天平校准系统中,加载头的主要功能是保证力的三要素中“作用点”位置的准确。然而,由于加工制造误差和尺寸测量误差的存在,加载头施力点的实际位置总是会偏离其相应的理论正确位置,从而导致施力点位置坐标产生误差。这些误差会经由加载头传导到天平校准公式中,从而影响天平载荷测量的准确性。因此,有必要对加载头不确定度的评定方法进行研究。首先采用GUM(guide to the expression of uncertainty in the meas-urement,ISO/IEC GUIDE 98-3:2008)方法建立了加载头不确定度的评定方法和步骤,接着给出了加载头不确定度的表示方法及指标要求,最后以某加载头为例,给出了不确定度评定的详细过程及结果。结果表明,该型加载头各施力点位置坐标的扩展不确定度平均值为0.044mm;力矩力臂的相对扩展不确定度平均值为0.0072%。     

M=1.6～2.6单支点半柔壁喷管的超音速进气道风洞的设计与调试

本文介绍一个单支点半柔壁喷管的超音速进气道风洞。喷管出口的尺寸是160毫米×160毫米,试验M数范围为1.6～2.6,攻角变化范围为15°(单向)。介绍了供气系统、风洞装置及各系统的设计,还介绍了风洞的调试工作及调试结果。流场校测的结果为:M数偏差(ΔM/M_0)≤±1.5％,M数的均方根偏差小于1％,满足进气道模型试验的要求。     

力学环境试验测量不确定度分析

航天器力学环境试验数据的测量是完成试验的关键技术之一。任何测量过程都客观上存在测量误差,使测量结果带有不确定性,进行测量不确定度分析的目的是提供评价测量结果的可信度指标。力学环境试验一般需要动态测量,影响测量误差和数据不确定度的因素较多,进行全面准确的分析相对困难。文中通过介绍一些有关测量误差和测量不确定度的基本知识,针对固定的振动环境试验系统,综合所有客观存在的误差因素进行分析计算,给出目前力学环境试验数据测量误差和测量不确定度数值,提高试验数据判读的准确性,满足提供测量误差和测量不确定度指标的实际需求。     

隔热结构对塞块式量热计热流测量的影响

塞块式量热计是热结构试验中常用的热流传感器,其侧向传热是测量误差的重要来源。在对塞块式量热计传热分析的基础上,设计了一种改进型隔热结构,并提出了一种基于半无限大体假定的热损失修正方法。通过建立塞块式量热计的有限元数值模型,分析了量热塞与隔热材料的接触热阻对数据处理结果的影响,在接触热阻较大时(R=1×10-3 m2·K/W),未修正时最大测量误差不超过-9%,而修正后最大误差超过了20%;在接触热阻较小时(R=1×10-4 m2·K/W),未修正时的最大测量误差约-20%,修正后则不大于1.5%。可见该修正方法只适用于接触热阻较小的情况。。数值模拟结果还表明,在隔热层表面附近增加金属尖楔的改进型结构,隔热材料最高温度从超过2000℃降低到300℃以下,有利于保护隔热材料不被烧损,间楔与传感器之间的换热面积只有总侧向面积的约2.9%,两者之间的换热几乎不影响数据处理方法的选择。     

LDV系统在流场测试中的频移分析

本文讨论了二维激光多普勒测速系统(以下简称 LDV 系统)中光-电子混合型频移组件的原理及频移技术的应用;总结了 LDV 系统在流场测试中各参量之间的内在联系,分析了采用频移技术的优点及局限性;最后给出了两个实验例证。