[发明专利]一种亚跨超风洞的亚跨声速引射开车方法

说明书

一种亚跨超风洞的亚跨声速引射开车方法，能够实现一类亚跨超风洞亚跨声速试验的引射开车方式，降低模型载荷，进而提高试验精度。本发明采用基于模型的PI鲁棒控制方法提高引射压力控制的稳定性，减小引射压力波动，从而减小前室总压波动，提高流场品质；同时搭建了一阶RC低通滤波电路去除引射压力传感器反馈的高频噪声，减少执行器高频做动。本发明提出的亚跨声速引射开车方法流程如下：根据风洞试验马赫数确定引射压力，同时确定相关控制参数；开启引射器，利用基于模型的PI鲁棒控制方法控制引射压力；待引射压力稳定后开启主调压阀开始主调压阀调压；待试验数据采集完毕，关闭主调压阀和引射器，试验完成。

技术领域

本发明属于风洞试验领域，涉及到风洞系统运行和压力闭环控制，具体是一种亚跨超风洞的亚跨声速引射开车方法。

背景技术

风洞是以人工的方式产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并度量气流对实体的作用效果的实验设备，是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。风洞气流速度是风洞试验的重要指标，一般以马赫数表征，其定义为气流流速与当地声速的比值，用Ma符号表示。马赫数越高，气流速度越快。根据马赫数的不同，可将风洞分类为低速风洞，亚跨声速风洞，超声速风洞，高超声速风洞等。本发明针对一类亚跨超三声速风洞开展研究。图1给出了一种亚跨超三声速风洞的总体布局，其核心包括气源、主调压阀、前室、喷管、试验段、扩散段和引射器。

目前的风洞试验中，风洞的运行方式有两种：常规开车和引射开车。常规开车引射器处于关闭状态，仅靠主调压阀进行风洞马赫数调节；而引射开车采用“主调压阀+引射器”的工作模式。引射器是一种输送流体(气体、液体)的装置，它依靠高压流体流经喷管后所形成的高速流，引射另一种低压流体，即用一股流体带动另外一股流体运动。引射器用于风洞时，主要是作为风洞的驱动装置，在保证马赫数不变的前提下，通过引射器抽吸降低前室压力，进而减小试验模型载荷，或改变试验段雷诺数以满足试验需求等。

目前，引射开车方式主要用于超声速试验中，在亚跨试验中的应用较少。熊波等人在发明“引射驱动的闭环回流的暂冲式超声速流场控制方法”提出了把引射器作为风洞主驱动的亚跨引射开车方式，但其能量比较低；侯逸青等在发明“一种用于暂冲式亚跨超风洞亚跨流场引射开车的方法”中率先提出“冲压+引射”的亚跨开车方式，但其仅仅针对开车流程和阀门预置开度进行了研究。以上成果均未考虑引射压力波动对风洞试验的影响，事实上，对比超声速引射开车，亚跨引射开车在原理上存在如下难点：相对于气流方向，引射器位于试验段后侧，引射压力发生的波动会前传到试验段，因而会导致前室总压不稳；而超声速试验引射压力波动不会前传到试验段。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提出了一种亚跨超风洞的亚跨声速引射开车方法。该方法可以实现亚跨声速试验的风洞引射开车，有效降低模型载荷，减小模型疲劳，进而提高试验精度。为了减小引射压力波动，本发明在控制策略上，提出了基于模型的PI鲁棒控制律来控制引射压力；在硬件上，采用一阶RC滤波电路对引射压力传感器输出进行低通滤波，滤除高频噪声。

本发明的技术解决方案为：一种亚跨超风洞的亚跨声速引射开车方法，包含以下步骤：

步骤1：根据风洞试验给定的马赫数Ma确定引射器引射压力p_ig，并预置主调压阀开度a₀＝f₀(Ma)和引射器调压阀开度a_i＝f_i(p_ig)，其中，f₀()和f_i()分别是由历史吹风数据拟合得到的以Ma和p_ig为自变量的函数；

步骤2：开启引射器；

步骤3：利用气压传感器实时测量得到当前控制周期内的引射压力p_i(k)，经一阶RC滤波电路滤波后采集至流场控制下位机；