[发明专利]航空机载温度传感器动态热响应预计方法

说明书

本发明涉及航空机载温度传感器动态热响应预计方法，其特征在于，所述预计方法包括以下模块：前处理模块，仿真分析模块，后处理及数据拟合模块。采用了本方法对时间常数这一传感器的动态特性进行分析，在设计的前期分析各种结构对时间常数的影响，操作简单可行，降低了设计成本，提高了设计效率。

技术领域

本专利属于航空发动机测控技术领域。

背景技术

作为航空机载温度传感器的重要技术指标，动态热响应反映的是温度传感器感受并输出温度信号的快慢程度，一般用时间常数τ_0.632来表征。时间常数指在测试温度场出现阶跃变化时温度输出值到达相当于该阶跃变化的某个规定的百分数(一般为63.2％)时所需要的时间，是温度传感器一项固有性能。

一般情况下，影响传感器时间常数的因素较多，主要有流体的速度、阶跃的温度、传感器测温端的尺寸、流道滞止腔的结构等。试验测量传感器时间常数较为复杂，需在特定的风洞装置内进行，试验难度大费用高。另外由于国内温度动态响应的测试技术限制，导致试验结果离散性大，测试的一致性和置信度不高，无法得出可靠的测试数据。

发明内容

发明目的：提出一种预计航空机载温度传感器动态热响应的方法，利用有限元仿真软件中的瞬态分析模块，对时间常数这样一个与物理时间相关的量进行定量计算，分析不同结构和材料的影响，判断其是否满足设计要求。本方法易于操作、费用低廉、分析精度高，能够大大提高传感器产品的设计效率。

技术方案：航空机载温度传感器动态热响应预计方法所使用的测试系统包括以下模块：前处理模块，仿真分析模块，后处理及数据拟合模块。

所述前处理模块用于温度传感器有限元模型的建立。方法如下：

g)利用通用的三维建模软件依据温度传感器的设计图纸和装配关系建立CAD数字模型，去除倒角、螺纹和焊点特性，输出为X_T或prt格式文件。

h)将CAD数字模型导入热流体分布分析软件FloEFD进行计算区域设置。流体计算区域设置为长方体，沿流动方向大小设置为产品外廓尺寸的10倍，其他两个方向设置为产品外廓尺寸的3倍，将产品居中放置于计算区域内部。

i)进行模型检查，避免结构干涉，确保流体体积和固体体积不为零。

j)进行网格划分。采用六面体网格划分方式，网格大小按全局4级以上、传感器感温端局部6级以上设置。

k)设置流体(水流或空气)和传感器各部件材料的热特性参数，包括密度、比热容、热导率。

l)设置计算初始条件和边界条件，包括初始流体温度、压力，初始固体温度，固体的壁面粗糙度，入口流体温度、马赫数。

完成上述操作后，即完成分析有限元模型的建立。

所述仿真分析模块用于温度传感器动态热响应的数值计算。根据流体流动的控制方程，遵循能量守恒方程，选用FloEFD软件内置的湍流模型，湍流扰动强度设置为0.1％，湍流长度设置为3m，采用有限体积法进行计算。设置目标参数监控，在计算过程中监控传感器感温端温度随时间的变化情况，以确定计算停止时间。计算完成后将结果输出至下一模块使用。

所述后处理及数据拟合模块用于对分析进行可视化显示，对时间常数结果进行拟合及误差分析。通过后处理模块得出整个温度阶跃过程中任意时刻下流场的流线分布，温度分布和速度分布云图，对测温端固体温度随时间变化的结果进行导出，在数据处理软件Origin中进行多项式拟合，采用3阶以上的多项式，拟合度达到98％以上。利用拟合公式，即可计算出温度传感器的时间常数结果。

优点/积极效果：采用了本方法对时间常数这一传感器的动态特性进行分析，在设计的前期分析各种结构对时间常数的影响，操作简单可行，降低了设计成本，提高了设计效率。

附图说明