再论银板标准热流校验系统误差——兼评与美国AEDC铜板标准热流校验系统之异同

文献介绍了北京强度与环境研究所气动热模拟试验用热流传感器银板标准热流校验系统(以下简称银板校验系统)的工作原理校验方法和误差分析。本文从工作原理、校验方法和误差分析等方面,评述银板校验系统与美国Arnold Engineering Development Center(AFDC)铜板标准校验系统(以下简称AFDC铜板校验系统)之间相同的地方,以及各自的特点。二十多年来中美两个校验系统的经历非常类似,精度水平相近。AEDC铜板校验系统由美国NBS复校后,定出系统不确定度为±3％。银板校验系统经综合分析定出不确定度为±4％。     

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     

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。     

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。     

塞块式量热计隔热结构的改进与试验分析

为了提高塞块式量热计的热流测量精准度，对其隔热结构进行了改进:将原隔热套改为中空结构，大幅度减小量热基体的不稳定侧向传热；设计了与改进隔热套匹配的封装壳结构，使量热计标定时的隔热特性能够完整保留至测试环境中。经数值计算和优化，确定了量热计各部件的较优尺寸，验证了改进措施的有效性。热流标定对比试验结果表明:改进后的塞块式量热计的测量准度和精度都有较大提高。风洞试验考核结果表明:单个塞块式量热计的重复性精度优于3%；不同塞块式量热计的个体差异小，在对称位置，测量偏差小于3%；与水冷戈登计比较，相同来流条件下测量偏差小于4%。     

高空发动机试车台矢量推力现场动态校准技术

根据发动机试车台矢量推力现场动态校准需求,通过系统化论证,针对试车台的技术要求及校准需求,解决发动机试车台现场实际使用和实验室校准条件不同造成的附加测量误差、试验台推力无法整体校准等问题。文中提出了利用摆锤式动态力加载装置实现标准矢量力加载的方案,为了验证设计方案的可行性,利用现有的设备研究验证校准方案,通过试验和分析给出了校准不确定度。结果表明：该方案动态性能优异,响应迅速,动态校准不确定度为2.2%,能满足高空发动机试车台矢量推力测试的需求,为后续进一步准确测试矢量推力提供了依据。     

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。     

Φ0.5m高超声速风洞气动力试验不确定评估

基于AGARD（AGARD-AR-304）和AIAA（AIAA S-071A-1995）的风洞试验不确定度评估标准，对评估流程进行了扩展，应用到Φ0.5m高超声速风洞。具体包括:根据试验流程辨识得到风洞试验的不确定度源；对试验的自变量进行不确定度的评估，包括其偏差极限和精度极限的具体值；最后基于标准的方法评估了显性自变量引入的不确定度，并运用线性插值的方法评估了迎角引入的不确定度。通过一升力体外形飞行器的评估结果，发现系统误差引入的不确定度占主导地位；C_N、C_A和C_m 3个大量的不确定度值在不同迎角时有显著差异，并且C_m的不确定度相对较大；不确定度敏感性结果显示天平和总压传感器引入的不确定度起主导作用。     

大气系统校准的基准空速管法

针对国际适航认证(FAR25)及300m垂直间距空中交通管制(RVSM)等对大气系统校准提出的高精度参考基准要求,提出了直观的标准空速管法,通过对初步试验结果的分析,发现了直接校准的缺陷和偏差根源.提出了“飞行检定”观点,改进了校准原理、观测模型和数据处理方法,建立了基准空速管法.实际飞行试验及误差分析讨论,表明该方法可满足相关领域的严格要求.     

压电式压力传感器的动态校准

通常对压电式压力传感器进行静态校准是有困难的。主要原因是放大器输入级的时间常数不够大,产生的电荷易被漏掉,因而输出电压不能保持在常值上。本文叙述了一种压力校准装置,用它可对压电式压力传感器的灵敏度进行绝对法和比较法校准。该装置能在5～10ms的时间内爆发出1高达1MPa的阶跃脉冲压力。压力传感器及其测量系统对此阶跃脉冲压力的响应,用微处理机处理,可自动给出压力灵敏度、响应曲线及其有关参数。校准精度约为1％。     

水卡量热计的流热耦合模拟研究及试验分析

研制了一种包含球冠测热体和热防护罩的球头水卡量热计,建立了球冠测热体与测试水的流热耦合模型,基于该模型和热流标定试验分析了水道内水温分布特点及其对热流测量的影响。结果表明:水道内测试水离受热面越近,水温越高,且沿水道径向的温度梯度越大;测试水质量流率越小,沿水道轴向和径向的温度梯度越大,热流计算结果因水温测点位置不同的差异就越大。设计水卡时应使热电偶尽可能远离受热面并靠近水道中轴线;使用前需进行热流标定,确定合适的测试水质量流率范围,获得准确的修正系数。试验结果表明,该球头水卡量热计能够应用于长时间、高精度、多状态的驻点热流测量。     

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.     

遥测校准数据特性方程的构建与求解方法

紧密结合靶场数据处理的实际,基于传感器的动态变化特性,建立遥测校准数据的特性方程,提供相应的求解方法,对其理论特性精度进行评估,并给出具体的应用实例。     

基于局域GPS的飞机惯性导航部件安装校准

对基于局域GPS的惯导安装校准测量点布设和激光发射器位置标定方法进行了研究.在对局域GPS测量不确定度分析的基础上,给出了满足惯导安装精度要求需安装激光发射器数量的计算公式.通过建模分析了局域GPS的测量精度,分析结果表明测量精度与接收到的激光发射器信号数量、激光发射器姿态及其相互位置等因素有关,当两发射嚣距离小于20 m,测量方位角在10～70°之间,局域GPS可获得较高的测量精度.最后阐述了基于局域GPS的惯导安装校准工艺步骤.应用表明:安装5个激光发射器,测量距离小于5 m,校准精度和效率均得到提高.     

基于可压缩流体的热线探针校准风洞研制

在可压缩流体中利用热线技术进行湍流度测量时,其输出不仅与脉动速度有关,也和流体温度、密度紧密相关。因此,需要建立与高速可压缩流体特征相似的校准装置,在使用前对热线探针进行准确校准。基于亚跨声速可压缩流体,对热线探针校准风洞的气动总体方案、关键结构设计、测控处系统研制等做了介绍和说明。风洞流场校测结果表明,模型区Ma最大偏差0.002,风洞速压可以降低至常规速压的50%以下,也可增至常规速压的1.7倍以上,温度和密度调节范围宽,流场均匀性好,满足热线探针校准需求。     

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。     

国产热丝探头的校准和线性化

本文论述用国产热丝修复的探头用于美国 TSI 风速仪时的校准问题和确定线性化系数的方法。作者为线性化系数的求取编制了计算程序。所计算出的系数精度不低于 TSI 的计算精度。通过实验并对实验数据进行分析表明:用国产热丝修复的探头进行测量的满量程误差在0.5%以内,采取本文所述方法,可根据不同测量范围和不同热丝直径灵活地建立校准曲线,以保证不同使用情况下的测量精度.     

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。     

潜艇标模阻力试验的不确定度分析

为了改善拖曳水池的试验精度,对一条4.5m 潜艇标模 SUBOFF 进行重复拖曳阻力试验。本文参照 IT-TC 推荐规程中试验流体动力学不确定度分析规范,对由偏差极限引起的不确定度将由潜艇标模的几个外形、速度、阻力、以及温度、密度和粘性这几个测量系统分别进行估算;通过6次重复潜艇标模阻力试验结果的标准差分析,得到了摩擦阻力系数、总阻力系数的精密度极限;最后对该模型的摩擦阻力系数、总阻力系数进行了不确定度分析。结果表明:由温度引起的运动粘性系数的偏差极限占到摩擦阻力系数偏差极限的97%;总阻力系数的偏差极限98%来自于湿表面积的偏差极限;随着试验速度的提高,总阻力系数和剩余阻力系数的总不确定度降低。     

钝头机体用FADS系统的校准

基于缩比为1/7的F-14全机模型在马赫数Ma=0.73,0.90,1.05,1.20,1.39,迎角α=-4°~20°,侧滑角β=-8°~8°时的风洞测压试验数据,对钝头机体用嵌入式大气数据传感系统(Flush Air Data Sensing System, FADS)的3个校准参数上洗角、侧洗角及形压系数进行了校准。结果表明,基于三点式算法的不同测压点选择方案对上洗角及侧洗角的影响较大,与驻点测压孔呈对称配置的测压点校准效果较好,且上洗角与侧洗角的校准是相互独立的。而形压系数的校准与马赫数及有效迎角、有效侧滑角相关,随着马赫数的增加,形压系数数值上趋近于0。