基于高斯过程回归的连续式风洞马赫数控制

在风洞实验中保持实验段马赫数的稳定对实验的成功具有重要意义。传统的PID控制算法具有一定时滞性,不能满足连续变迎角实验模式下马赫数的控制精度要求。针对这一缺陷,提出了一种基于高斯过程回归的前馈控制策略,结合PID控制器共同完成马赫数控制任务。首先,对原始数据执行了预处理操作,将数据集中的异常数据进行清洗并且对清洗后的数据进行标准化;其次,选取迎角、实时马赫数、实验段截面积作为高斯过程回归模型的输入,压缩机转速作为输出,采用随机划分数据集与分组划分数据集两种策略进行建模,并将高斯过程回归与常用回归模型的预测精度进行了比较;最后,给出了利用高斯过程回归预测结果及预测置信度进行PID反馈控制的方法。实验结果表明高斯过程回归对风洞实验数据具有很好的建模能力,基于高斯过程回归的前馈控制与PID结合的控制策略能够提高连续变迎角模式下的马赫数控制精度。     

Tomo-PIV亚跨声速风洞应用探索

层析粒子图像测速技术(Tomographic Particle Image Velocimetry,Tomo-PIV)是将PIV技术和计算机断层诊断技术(CT)相结合的一种瞬时三维流场速度测量技术,能够定量获取流场的三维结构。通过对该技术的研究,实现了其在亚跨超声速风洞的应用,并进行了超临界翼型小肋减阻的试验验证。基于中国航天空气动力技术研究院FD-12亚跨超声速风洞,设计了体光源和相机等硬件设备的布局方案,解决了示踪粒子的均匀播撒问题,测量了Ma=0.6条件下的自由来流流场,并与PIV测试结果进行对比,两者数据吻合较好,验证了Tomo-PIV的测量精度。针对超临界翼型OAT15a,测量了翼型表面分别贴附光滑薄膜和顺流向对称V形小肋薄膜后翼型尾缘后方的三维速度场。对比发现,贴附小肋薄膜后尾缘后方流场的马赫数增大,说明小肋能够减小翼面摩擦阻力,具有一定的减阻效果。     

原子层热电堆热流传感器研制及其性能测试

针对高超声速风洞试验中对高频热流脉动的测试需求,研制了一种基于横向热电效应的原子层热电堆（Atomic Layer Thermopile,ALTP）热流传感器。利用弧光灯热流传感器标定系统对其进行静态标定,获得ALTP热流传感器的灵敏度系数约为8.24 μV/（kW·m-2）,优于国外同尺寸敏感元件的ALTP热流传感器6.90 μV/（kW·m-2）的灵敏度系数;利用激波风洞试验,并通过与薄膜热电阻热流传感器对比,初步获得ALTP热流传感器的响应时间上限,响应时间小于0.20 μs。     

应用于激波风洞的半导体应变天平技术研究

对于有效试验时间仅有十至几十毫秒的激波风洞,常规应变天平和压电天平无法满足高精度气动力测量要求。半导体应变计的应变灵敏度远大于常用的金属电阻应变计,但其温度系数比金属电阻应变计高出2个数量级。针对此问题,设计了温度自补偿的半导体应变计并应用于等强度梁试验,结果表明:温度自补偿能够有效改善半导体应变计的温度效应,可将温度漂移降低至0.2% FS。在此基础上,设计了一杆高频响六分量半导体应变天平,通过天平、支杆一体化等设计,将测力试验系统的一阶固有频率提升至100 Hz以上。天平静态校准结果表明:该天平的综合加载误差达到国军标合格指标,综合加载重复性达到国军标先进指标。激波风洞B-2标模测力验证试验结果表明:在有效试验时间内,该天平可获得一个周期以上的输出信号,风洞试验结果与气动手册参考值、CFD计算值吻合较好。     

0.6 m连续式跨声速风洞轴流压缩机布局方案研究

压缩机作为连续式跨声速风洞的驱动系统,其运转性能与风洞总体性能的匹配设计是风洞研制的关键技术之一。随着大型连续式跨超声速风洞的发展,压缩机研制呈现出运转功率大和运转效率高、调节范围宽和调节精度高等鲜明特点。基于0.6 m连续式跨声速风洞的研制,对大型跨声速风洞轴流压缩机的布局方案进行研究。从气动性能、结构设计、控制等方面对压缩机位置布局和方案布局进行了分析,并阐述了风洞压缩机一体化设计的重要性。在压缩机布置于第一、二拐角段之间的前提下,通过压缩机性能试验,验证了电机外置两端驱动方案、多台电机同步控制方案和压缩机内流道整流技术等的可行性。风洞调试结果表明,压缩机运行性能良好,各项指标均满足设计技术要求,为大型连续式跨声速风洞建设奠定了基础。     

某运输机加装失速条气动特性研究

为改善某运输机着陆襟翼构型失速急剧滚转问题,采用数值计算和风洞实验方法优选了机翼失速条的外形参数,并对气动力和流场特性进行了研究分析。以失速条高度H和安装位置距离前缘的长度S为设计变量,采用求解RANS方程的方法研究了失速条对着陆构型翼型二维特性的影响,表明S越小（即越靠近上翼面)失速迎角提前越多,H增大也能使失速迎角提前但敏感性小于S。失速条后方产生了分离气泡且随迎角增加而逐渐增大增长,在破裂后导致翼型失速提前,使升力线出现圆弧形的失速特征。设计了4种失速条在机翼上的平面布局方案,通过缩比模型风洞实验验证表明:40%半展长处展向长度2m,S=0的失速条使升力线由急剧失速变为平顶型失速并消除了失速后的不对称滚转力矩,将此失速条展长缩小一半的2种方案也不同程度地改善了失速形态,15%半展长处失速条对失速特性无明显改善,主要原因是气流分离从约40%半展长处开始发生,失速条安装在这一展向位置时才能发挥作用。     

2.4m风洞常压吹风控制策略与控制软件设计

2.4m风洞是世界上最大的引射式风洞之一,该风洞控制系统多、所能实现的吹风方式也多,因而,其系统复杂。风洞被控对象具有非线性、时变、滞后和耦合特性,而风洞试验又要求系统有较高的控制精度和较快的稳定收敛速度。为了解决这种控制系统复杂的风洞控制问题,在控制系统硬件和软件上分别采用了先进的集散型控制系统硬件和智能控制策略,使风洞p0和M数控制精度分别优于0.3％和0.002。笔者对风洞控制核心系统和控制软件的设计和控制策略进行了介绍。给出了调试结果说明了控制策略和控制软件的设计是成功的。     

动态失速风洞实验数据处理中的频谱分析与数字滤波

动态失速风洞实验是一种非定常实验,其测量所得数据属于随机数据范畴。由于强迫振动频率范围较大,要从中获得有效的实验结果,除了做固定截止频率的模拟滤波外,还必须对其进行数字滤波处理。数据的频谱分析结果表明只须对天平测量信号做数字滤波处理;滤波原则是仅需滤掉天平、支架、模型系统的固有振动频率分量,同时尽可能多地保留实验强迫振动的各阶谐振信号。     

8m×6m风洞全数字直流调速系统的研制

为了恢复 8m× 6m风洞动力系统的负载能力 ,提高其稳定性与可靠性。利用两套额定值为 485V、30A的小功率调速装置 ,通过改造 ,控制两桥串联的大功率晶闸管整流柜 ,驱动 2 60 0kW直流电动机实现转速控制 ,从而将 8m× 6m风洞模拟调速系统成功地改造成全数字调速系统。结果表明 :通过改造进口小功率全数字装置 ,实现对大功率调速系统的全数字控制 ,其投资与模拟调速系统的相当 ,而技术上达到了世界上 90年代的水平     

0.6m风洞自适应壁试验段研制

介绍了 0 .6m× 0 .6m自适应壁试验段的总体结构布局、测控处系统 ,研制中解决的主要技术难点问题和达到的主要技术指标。该试验段流场校测和利用DLR -GO¨TTINGEN一步迭代控制算法调整柔壁外形 ,获得模型阻塞度分别为 1 %和 2 8%两个标模试验结果。结果表明 :0 .6m× 0 .6m自适应壁试验段研制是成功的 ,流场品质优异 ,已基本具备了在M≤0 9、- 4°≤a≤ 1 0°范围内 进行全模型纵向测力试验并获得近于无干扰数据的能力。