[发明专利]一种低速回流风洞小风速精度控制方法

说明书

一种低速回流风洞小风速精度控制方法，可以不改变原有低速回流风洞流场参数，即可提高低速回流风洞小风速控制精度，有效拓展了低速回流风洞实验范围。控制方法的步骤为：在稳定段洞壁加工放气孔，在放气孔两侧安装密封条；制作放气量控制套筒并安装导轨及齿条；架设步进电机并安装齿轮，将步进电机控制端接入计算机；在风洞试验段内安装风速探头，风速探头通过微压差传感器接入计算机；通过放气量控制套筒将放气孔与外界隔离；启动风洞，测量风洞试验段内实际风速，将实际风速与设定风速进行对比，将放气孔与外界连通且连通面积匀速增加，风洞试验段内实际风速将逐渐下降，当风洞试验段内的实际风速达到设定风速时，步进电机立即停机。

技术领域

本发明属于风洞实验技术领域，特别是涉及一种低速回流风洞小风速精度控制方法。

背景技术

风洞是一种管道状的实验设备，可以通过人工方式产生和控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象。风洞实验是飞行器研制工作中不可缺少的组成部分，其不仅在航空和航天工程的研究和发展中起着重要作用，随着工业空气动力学的发展，在交通运输、房屋建筑、风能利用等领域更是不可或缺。在进行风洞实验时，常将模型或实物固定在风洞中进行反复吹风，通过测控仪器和设备取得实验数据，为使实验结果准确，实验时的流动必须与实际流动状态相似，即必须满足相似律的要求。但是，由于风洞尺寸和动力的限制，在一个风洞中同时模拟所有的相似参数是很困难的，通常是按所要研究的课题，选择一些影响最大的相似参数进行模拟。此外，风洞试验段的流场品质，如气流速度分布均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、沿风洞轴线方向的压力梯度、截面温度分布的均匀度、气流的湍流度等必须符合一定的标准，而实现这些流场品质首要的前提是风洞风速控制精度。

根据风洞试验段速度范围的不同，可分为低速风洞(Ma≤0.3)、亚声速风洞(0.3≤Ma≤0.8)、跨声速风洞(0.8≤Ma≤1.4)、超声速风洞(1.5≤Ma≤5.0)以及高超声速风洞等。低速风洞又可以分成直流风洞和回流风洞，回流风洞因其功率低、流场性能好，因此被广泛应用。

以低速回流风洞为例，速度一般在100m/s以下，目前应用的控制手段主要有变频调速控制和直流调速控制。由于目前变频技术的发展，变频调速在风洞控制中得到广泛应用。低速回流风洞的动力系统风扇由交流异步电动机带动，变频调速通过改变交流异步电动机的输入频率控制电机的转速，从而控制风洞试验段的风速。由于低速回流风洞通过控制异步电动机的转速控制试验段风速，而在0～100m/s的控制范围内，很难满足每个实验风速都能达到精度要求。

由于某些实验必须要在小风速下进行，如环境污染方面的灰尘扩散以及烟尘扩散等实验，实验中一般要求风速在1m/s以下，甚至更低。如果只单单的从控制电机转速的角度出发，已经很难满足小风速的控制精度，而有些人呈尝试通过插入更多的阻尼网来增大风洞的损失，以实现改善小风速的控制精度，但实际结果并不理想，该方法无法连续调节风速，并且调节范围有限。

传统的低速回流风洞的风速控制部分主要由计算机、采集卡、光电隔离器、变频器、风扇电机、压差传感器、信号调理器、风速传感器及变送器组成，执行过程为输入设定风速值，计算机根据设定风速采用PID算法计算出相应的输出数字信号，再通过D/A数模转换为模拟信号量，直到采集卡发出模拟量电压信号，模拟量电压信号进入光电隔离器，通过光电隔离器把低压信号与高压信号隔离开，避免高压信号进入计算机，而高压信号通过光电隔离器直接进入变频器，变频器则根据控制信号相应的改变风扇电机的电源频率，以实现电机转速的改变，进而实现风速的改变。于此同时，风速传感器和变送器也在不停的采集风速压差信号，并且把此信号送回计算机，计算机再把电压信号换算成风速，同时把测量的风速与设定风速作比较，并求出偏差，再调用PID算法算出相应偏差下应该累加的电压，结合输出电压，再一次输出新的模拟量电压信号，通过不断地的重复上述过程，直到风速值达到设定风速值。