風(fēng)洞靜態(tài)壓力分布測量實(shí)驗(yàn)

1、風(fēng)洞靜態(tài)壓力分布測量實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理程序編制數(shù)據(jù)采集與分析姓 名學(xué) 號 實(shí)驗(yàn)日期 指導(dǎo)老師一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康娘L(fēng)洞測壓試驗(yàn)是一種在風(fēng)洞中測量模型表面壓力分布的試驗(yàn)。目的是通過測量飛行器及其部件，如機(jī)翼、機(jī)身、尾翼、操縱面、外掛物等表面上的壓力分布，為飛行器及其部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算提供氣動(dòng)載荷分布的原始數(shù)據(jù)。通過測壓實(shí)驗(yàn)，能夠給出定量化的結(jié)果，獲得模型上的壓力分布信息。因此，測壓試驗(yàn)是研究模型氣動(dòng)特性、驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算方法的一種重要手段。本次實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是測定標(biāo)準(zhǔn)模型在不同實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下各截面測壓點(diǎn)的壓力值，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后得到各截面的壓力分布曲線隨風(fēng)速及迎角的變化規(guī)律。二實(shí)驗(yàn)設(shè)備1、風(fēng)洞風(fēng)洞是產(chǎn)生人工氣流的

2、設(shè)備，本次實(shí)驗(yàn)所用風(fēng)洞為開口回流式低速風(fēng)洞，如圖1所示。其主要組成部分為實(shí)驗(yàn)段、擴(kuò)壓段、拐角和導(dǎo)流片、穩(wěn)定段、收縮段以及動(dòng)力段。圖1 D4風(fēng)洞示意圖實(shí)驗(yàn)段尺寸：長度，寬度，高度，收縮比9；實(shí)驗(yàn)段風(fēng)速：閉口最高風(fēng)速為80m / s,開口最高風(fēng)速為60m / s；實(shí)驗(yàn)段湍流度為0.08%。2、風(fēng)速控制系統(tǒng)D4風(fēng)洞采用可控硅控制無級調(diào)速；風(fēng)速控制系統(tǒng)組成如圖1所示。本文的工作是在系統(tǒng)的外層增加了穩(wěn)風(fēng)速的閉環(huán)控制系統(tǒng)。風(fēng)洞風(fēng)速的控制采用直接數(shù)字式閉環(huán)控制。首先通過PCL727進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量420mA驅(qū)動(dòng)電流，經(jīng)過西門子驅(qū)動(dòng)器來控制可控硅的輸出電流，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)拖動(dòng)風(fēng)扇，

3、產(chǎn)生氣流，使試驗(yàn)段獲得所需的速壓(其中為氣體總壓，為氣體靜壓)。由差壓變送器將壓差轉(zhuǎn)換成1-5V電壓，再由壓差風(fēng)速轉(zhuǎn)換公式計(jì)算得出風(fēng)速值，經(jīng)PCI1716進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，將數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)，通過數(shù)字PID控制器輸出控制量，從而改變輸出的驅(qū)動(dòng)電流，達(dá)到控制風(fēng)速的目的。三、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?、實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停悍菆A截面機(jī)身標(biāo)準(zhǔn)測壓模型，如圖2所示。圖2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、實(shí)驗(yàn)條件：1、固定模型迎角=30°；調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)風(fēng)速：10米/秒-25米/秒2、固定實(shí)驗(yàn)風(fēng)速V=25 米/秒；調(diào)節(jié)模型迎角：=10°-50°3、測壓截面測壓點(diǎn)分布及坐標(biāo)定義為繪制壓力系數(shù)沿截面周向的分布曲線，給出壓力分布曲線

4、Cp=f(y/b)中橫坐標(biāo)的定義，如圖3所示。其中，b=D/2，y為Y軸坐標(biāo)。圖3 模型測壓點(diǎn)分布及壓力分布曲線橫坐標(biāo)定義為方便測壓實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，首先將測壓點(diǎn)進(jìn)行了編號，如圖4所示，按照順時(shí)針方向從1到22。實(shí)驗(yàn)中將模型上的22個(gè)測壓點(diǎn)，通過測壓軟管，按照編號順序連接到DTC壓力采集模塊的1到22通道上。另外，DTC壓力采集模塊的23通道測量實(shí)驗(yàn)中自由來流的總壓，24通道測量自由來流的靜壓。這樣就可以通過測得的壓力數(shù)據(jù)計(jì)算出模型表面的壓力系數(shù)。圖4 模型測壓點(diǎn)編號四、測壓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理就是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信息的過程。其基本目的是從大量的數(shù)據(jù)中根據(jù)數(shù)據(jù)自身的規(guī)律和及其相互聯(lián)系，抽取并推導(dǎo)出對于某

5、些特定的人們來說是有價(jià)值、有意義的數(shù)據(jù)，為進(jìn)一步的分析提供依據(jù)。1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明采集得到的原始數(shù)據(jù)文件以 .txt 形式保存。數(shù)據(jù)第1列為采集時(shí)間，第2列到第25列為傳感器采集到的壓力，其中，第2列到第23列對應(yīng)測壓點(diǎn)從1到22的壓力，第24列為總壓，第25列為靜壓。采集得到的壓力為相對于大氣壓的差壓，單位為Pa。由于測量流場為定常流場，實(shí)驗(yàn)中對所有測點(diǎn)進(jìn)行了多次測量，數(shù)據(jù)處理時(shí)可通過平均得到每個(gè)測點(diǎn)的測量值。2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，編寫程序，計(jì)算每個(gè)測壓點(diǎn)測得的壓力系數(shù)，并繪制出模型機(jī)身截面在不同實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的Cp=f(y/b)曲線，如下圖5所示。壓力系數(shù)要通過測得的測壓點(diǎn)壓力及總壓、靜壓值計(jì)算。并

6、對不同實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的結(jié)果進(jìn)行對比分析。公式：圖5 繪制完成的壓力系數(shù)沿模型周向的分布曲線3、根據(jù)模型截面的Cp=f(y/b)曲線，編寫程序，積分該截面的截面法向力系數(shù)CN和截面?zhèn)认蛄ο禂?shù)CY。并對不同實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的結(jié)果進(jìn)行對比分析。計(jì)算截面力系數(shù)時(shí)，截面軸向?qū)挾热挝粚挾?mm，則每個(gè)測壓點(diǎn)對應(yīng)的面積為ds·1 mm2。積分采用線性疊加的方式。CN的參考面積為D·1 mm2，CY的參考面積為H·1 mm2。圖6 積分過程中相關(guān)量示意注：為計(jì)算壓力系數(shù)和截面法向力、側(cè)向力系數(shù)，所需相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。表1 測壓點(diǎn)相關(guān)參數(shù)測壓點(diǎn)編號12345678Y坐標(biāo)/mm-15-30-4

7、5-60-60-50-40-30Z坐標(biāo)/mm法向Z軸分量法向Y軸分量積分長度ds/mm測壓點(diǎn)編號910111213141516Y坐標(biāo)/mm-20-1001020304050Z坐標(biāo)/mm法向Z軸分量-1法向Y軸分量0積分長度ds/mm測壓點(diǎn)編號171819202122Y坐標(biāo)/mm60604530150Z坐標(biāo)/mm-70法向Z軸分量1法向Y軸分量0積分長度ds/mm4、根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)編寫程序，得到各個(gè)實(shí)驗(yàn)條件下得Cp值。（程序見附件1，計(jì)算結(jié)果見附件2-9）根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，作出各個(gè)條件下的Cp-y/b圖，如下所示：圖7 v10-a30圖8 v15-a30圖9 v20-a30圖10 v25-a3

8、0圖11 v25-a10圖12 v25-a20圖13 v25-a40圖14 v25-a50從圖中可見：氣流經(jīng)過該機(jī)身截面的流動(dòng)圖畫，有類似圓柱擾流的特征。最大正壓點(diǎn)為22點(diǎn)；最大負(fù)壓點(diǎn)為8、14點(diǎn)附近，該點(diǎn)為速度最大點(diǎn)。通過圖710可以看出，當(dāng)攻角確定為30°速度從10 m/s²25m/s²變化時(shí)，有如下規(guī)律：隨著速度的增加，流動(dòng)現(xiàn)象基本不變，特征點(diǎn)位置基本沒有變化。只有最大負(fù)壓增加，升力增加通過圖1013可以看出，當(dāng)速度確定為25 m/s²，攻角從10°50°變化時(shí)，有如下規(guī)律：攻角為10°時(shí)，截面上全部都為負(fù)壓區(qū)隨著攻角增加，從截面尾部逐漸出現(xiàn)正壓區(qū)5、根據(jù)模型截面的Cp=f(y/b)曲線，編寫程序，積分得到了該截面的截面法向力系數(shù)CN和截面?zhèn)认蛄ο禂?shù)CY，將結(jié)果列表如下（程序見附錄11）v a CN CY 10 30 .26841 .00491 15 30 .27535 .01041 20 30 .28086 .00967 25 30 .28539 .00744 2