[发明专利]一种考虑校准箱气体质量变化的文氏管流量系数标定方法

说明书

本发明公开了一种考虑校准箱气体质量变化的文氏管流量系数标定方法，分为标定校准箱容积和标定文氏管流量系数两个步骤；本标定方法解决了校准箱大流量文氏管进行标定时，由于高压气源容量有限，无法在校准过程中始终保持恒定的流量的难题，在校准过程中，即使流量不断变化，也能获得精准的校准结果，大幅提高校准效率，本标定方法解决了校准箱小流量文氏管标定时，存在稳定时间过长，标准文氏管和待标文氏管很难达到流量相等的状态的难题，不需要流量完全稳定，同时也能获得精准的校准结果，大幅提高校准效率。

技术领域

本发明涉及实验空气动力学领域，具体是涉及一种考虑校准箱气体质量变化的文氏管流量系数标定方法。

背景技术

涡扇飞机发动机的进气和喷流与飞机的外部绕流之间存在十分复杂的相互干扰。翼下吊挂涡扇发动机的进气和喷流不仅会对翼下流动产生影响，而且会对翼上流动甚至机身流动产生较大影响，从而对飞机的升阻特性及稳定性产生不可忽视的影响。发动机短舱与机翼相对位置的很小变化都可能带来较大的升力损失和阻力增加。此外，发动机喷流还对方向舵、升降舵的效率有明显的影响，从而影响飞机的操控特性。从涡扇飞机布局设计开始，就必须把机体和发动机短舱作为一个整体进行气动设计和优化，并要通过风洞试验获得发动机进气和喷流对飞机气动特性的影响。目前最先进的动力影响风洞试验方法是在发动机模型短舱内安装涡轮动力模拟器，这种风洞中的模拟短舱称之为动力短舱。

动力短舱用于风洞试验之前，都必须对其进行校准，校准试验通常在能够模拟风洞试验环境的校准箱内完成。校准箱的工作原理是将动力短舱入口和出口分别与不同的压力环境连通，通过控制动力短舱入口和出口的压力差来模拟风洞试验马赫数环境，动力短舱出口的环境压力一般低于大气压。在校准箱内对动力短舱的流量和推力等参数进行精确测量，计算出出流量系数和速度系数，从而完成校准。

流量系数的校准必须要精确测量流量，在校准箱内，流量测量主要依靠文氏管，文氏管使用之前都需要进行标定，目前的做法是，从计量机构引入一套标准文氏管作为基准，然后对校准箱各文氏管流量系数进行校准，再利用校准过后的文氏管测量流量。

文氏管的校准通常采用的方法是将标准文氏管和待标文氏管串联在一管路上，确保管路无泄漏，并保证两个文氏管都工作在临界状态下。基于质量守恒，通过标准文氏管的实际质量流量与通过待标文氏管的实际质量流量Q相同。待标文氏管的理想质量流量Q_i可通过标准文氏管前的温度T₀、压力P₀等参数计算得到，

待标文氏管的流量系数，C_d为

上式中各符号意义及单位如下：

P₀是文氏管上游总压，单位为Pa；T₀是文氏管上游总温，单位为K；

T_th是文氏管喉部温度，单位为K；C_star是文氏管临界流函数，Q是通过文氏管的实际质量流量，单位为kg/s；C_d是文氏管的流量系数；R_u是通用气体常数，8314.4621J/kmol/K；M是空气分子量，28.9653kg/kmol。

上述校准过程，能够成立的前提是标准文氏管和待标文氏管的流量要稳定后，标准文氏管和待标文氏管流量必须相等才能校准。然而，在实际的校准过程中，由于校准箱体容积大，在对部分小流量文氏管进行标定时，存在稳定时间过长，标准文氏管和待标文氏管很难达到流量相等的状态，导致校准结果不确定度大，校准效率低；部分大流量文氏管进行标定时，由于高压气源容量有限，无法在校准过程中始终保持恒定的流量，导致校准结果不确定度大，校准效率低。为此，提出了考虑校准箱气体质量变化的文氏管流量系数标定方法。

发明内容