[发明专利]对风洞来流能谱进行测量的方法及系统、设备、存储介质

说明书

本发明公开了一种对风洞来流能谱进行测量的方法及系统、设备、存储介质，该方法通过建立自由来流能谱与关于涡尺度的能量分布、涡结构的速度场分布、辐射角度和衰减系数等参数之间的计算模型，通过测量边界层中涡结构的精细流动结构，从而对风洞来流能谱分布进行估计测量，通过对自由来流能谱变化主要源自涡结构运动这一根本原因进行分析，能谱结果直接反应自由来流真实状态，测量结果更加直接和准确，并且属于非接触式测量，不存在设备介入流场而被气流冲刷损坏的风险，成本较低，对于超声速或高超声速气流能谱测量，不会产生额外的激波，可以同时适用于低速风洞和高速风洞的来流能谱测量，适用性强。

技术领域

本发明涉及风洞实验技术领域，特别地，涉及一种对风洞来流能谱进行测量的方法及系统、设备、计算机可读取的存储介质。

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，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分，它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的。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。为了使风洞实验结果准确，风洞提供的自由来流条件必须要完全与飞行器真实飞行环境时保持一致，然而在通常情况下，风洞实验室无法完全做到这一点的，其中很重要的一个因素就是风洞中气流湍流度和噪声级比真实飞行环境更大，因而风洞来流能谱分布与真实环境产生了差异，而这种差异对于流动分离、转捩和湍流等典型风洞实验结果会产生重要影响。而由于设计水平和制造工艺的差异，几乎每座风洞的自由来流能谱都不尽相同，为了进一步比较不同风洞实验得到的实验结果，以对相关的风洞实验数据进行有效修正，有必要对风洞的自由来流能谱进行测量和评估。

目前对风洞来流能谱测量的方法通常有两类，对于速度较低的低速或者亚声速风洞来流能谱测量，通常采用热线风速仪的形式，通过测量气流的瞬时速度，从而计算出风洞来流能谱；对于速度更高的超声速风洞或者高超声速风洞，则是采用压力皮托管的方式，测量自由来流中的压力脉动，从而对风洞来流能谱进行估计。除此之外，近年来还发展了以聚焦差分干涉为代表的非接触技术对风洞来流中的密度梯度脉动量进行测量，从而分析风洞来流能谱。

但是，热线风速仪的测量结果受到气流温度、质量流率和速度等多种因素的共同影响，在处理热线结果时需要经过复杂的校准，导致热线结果可靠性降低。同时，热线在高速气流中容易因气流冲刷而损坏，因此无法对高速风洞来流能谱进行测量。而采用压力皮托管的测量方式，实际上压力传感器测量的压力值为头部激波后的压力，来流在经历头部正激波后，其压力、速度以及温度会发生巨大变化，激波后压力脉动与波前压力脉动之间的色散关系未知，导致由皮托压力脉动得到的能谱并不能够准确衡量风洞来流的能谱分布状态。而聚焦差分干涉技术中，测量物理量为流场中密度梯度的脉动变化信息，当风洞流场中密度梯度变化较小时，该方法信号输出小，导致测量误差较大。

发明内容

本发明提供了一种对风洞来流能谱进行测量的方法及系统、设备、计算机可读取的存储介质，以解决现有对风洞来流能谱进行测量的方法存在的测量结果准确度较差的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种对风洞来流能谱进行测量的方法，包括以下内容：

基于纳米散射示踪技术拍摄得到风洞喷管壁面边界层中涡结构的多张图片；

对多张图片进行小波分析得到关于涡尺度的能量分布；

基于互相关算法对时间相关的两张图片进行分析，得到涡结构的速度场分布；

基于关于涡尺度的能量分布和涡结构的速度场分布计算得到关于频率的能量分布；

基于关于频率的能量分布和Lighthill涡声理论计算得到涡结构运动产生的辐射功率分布，进而计算得到风洞来流的能谱结果。