[发明专利]用于高超声速模型底部压力测量的分步增量法

说明书

本发明提供一种用于高超声速模型底部压力测量的分步增量法，包括如下步骤：1：高超声速模型底部压力测量试验前，将试验段抽吸至真空，测量真空度并用绝压p_v表示；2：开始进行高超声速模型底部压力测量试验，试验过程中测量高超声速模型底部压力增量Δp；3：根据公式p_b＝p_v+Δp，得到高超声速模型底部压力p_b，本发明分步增量法能够有效地消除系统误差、减小随机误差，能够大幅提高底压测量的可靠性与总体精准度。

技术领域

本发明属于高超声速气动试验技术领域，尤其是一种用于高超声速模型底部压力测量的分步增量法。

背景技术

对于不通气模型的高超声速气动试验而言，底阻可能达到总阻的1/3，甚至更高，必须予以扣除修正。底阻修正的最基本方法是基于底部压力的面积分，常用底压均值与底部面积的乘积。可见，底压精细化测量对于高超声速气动试验底阻修正至关重要。

然而，底压(＜1kPa)动态精细化测量一直是高超声速气动试验领域的薄弱环节。对于高超声速试验模型底部低于1kPa的背风区流场而言，一般，数值模拟的精度较差，目前只能通过光学、测压等试验手段获得。对于低于1kPa的绝压而言，即便采用市面上最好的真空压力传感器测量，其总体准度仍然不易确定。

模型底压p_b是相对于绝对真空0Pa的绝对压力，可用绝压传感器测量得到。参考端绝压p_ref是差压传感器或压力扫描阀的参考端绝对压力，可用绝压传感器测量得到或者通过压力控制器调节。差压p_diff是模型底压p_b相对于参考端绝压p_ref的差值，可用差压传感器测量得到。

模型底压p_b可表示为同一时刻的参考端绝压p_ref与差压p_diff之和：

p_b＝p_ref+p_diff (1)

根据现有的绝压传感器、差压传感器或压力扫描阀技术条件，由式(1)可以引出两种传统的底压测量方法：绝压直接法和参考基准差压法。

绝压直接法就是用高频动态绝压传感器直接测量试验时的底压p_b，如式(1)等号左边项。该测量方法简单、测量环节少、动态响应快，但绝压直接法的弊端就是系统误差可能较大，而且各种型号的绝压传感器引起的系统误差各不相同。绝压直接法对绝压传感器线性度要求很高，但即使是线性度很好的绝压传感器，其标定曲线向绝对真空0Pa(即零点)延伸的截距也很有可能并不为零，这个截距就是系统误差。对于一个完整、稳定的绝压测试系统而言，系统误差可能会达±100Pa，甚至更高，必须采用标准真空压力源进行现场标定，重新获得全系统压力与电压对应函数关系，尽量减小甚至基本消除各个环节、元器件引起的系统误差。

对于线性度很好的绝压传感器，在消除了系统误差的前提下，基本上能够通过绝压直接法测准底压p_b。

参考基准差压法是基于自备的参考基准压力的高频动态差压传感器测压方法，如式(1)等号右边项。将差压传感器的参考端连接自备的已知或可测参考基准压力，一般可认为参考端压力p_ref与参考基准压力相等；将差压传感器的测量端连接待测底压p_b，通过差压传感器测量待测底压p_b与参考端压力p_ref的差压p_diff，再根据式(1)计算得到待测的底压p_b。

在绝压直接法中，绝压传感器一般自带0Pa名义参考基准压力；在参考基准差压法中，参考基准压力是自备的，可以高于待测压力(如大气压或适当真空压)，也可以低于待测压力(如绝对真空0Pa)，为获得适当差压信号一般不宜设定在待测压力附近，但必须保证差压在量程内。