[发明专利]一种提高探针自动跟踪测量控制稳定性的方法

说明书

本申请属于气体流场测量技术领域，特别涉及一种提高探针自动跟踪测量控制稳定性的方法，包括：标定差压变送器的静态零点值；通过自动对向探针对气体的流场进行测量；PLC对差压变送器电信号进行实时采集并转换成压力值，当铅垂面方向差压变送器的差值小于或等于第一预定数值时，发送零速度代码；否则计算得到俯仰角实时校准压力系数，并转换成速度控制代码；当探针角位移速度小于或等于第二预定数值时，将速度控制代码进行发送；否则设定的探针上限速度代码。本申请的提高探针自动跟踪测量控制稳定性的方法，解决了探针测量过程中超调量无法控制和测量时的探针摆动现象，提高沿栅距(或叶高)的步进速度，缩短试验周期，降低试验成本。

技术领域

本申请属于气体流场测量技术领域，特别涉及一种提高探针自动跟踪测量控制稳定性的方法。

背景技术

在进行介质为气体的流场测量时，通常将测量探针安装在位移机构上对流场空间进行点、线和面的测量。所述四轴位移机构(栅后机构)，是能够在正交方向X、Y和Z三个方向上进行驱动，还有一个轴可以自由旋转，驱动探针沿探针轴旋转，如图1所示；所述三轴位移机构(栅前机构)，是能够在正交方向X和Y两个方向上进行驱动，还有一个轴可以自由旋转，驱动探针沿探针轴旋转。

在进行平面叶栅流场测量时，通常对试验件进、出口流场进行测量，叶栅测量示意图见图2，其中，1-1为进口测量截面，2-2为出口测量截面；在测量方式上有非对向测量、半自动对向测量和自动对向测量。非对向测量是将探针固定在图1旋转轴上，在沿栅距(或沿叶高)步进测量过程中，探针在图1旋转轴上转一定角度后旋转轴不动，录取探针在流场中的压力参数，根据探针校准曲线计算进出口流场的气动参数的过程；自动对向测量，是将探针固定在图1旋转轴上，探针是跟随气流变化发生角位移转动，并在控制角度误差范围内进行录取的流场气动参数，根据数据处理方法(算术平均、质量流量平均和掺混均匀)计算进出口流场的气动参数的过程；半自动对向是介于二者之间。

算术平均法是指使用探针测量一个栅距内的压力分布，以平均值作为出口截面(或进口截面)总压、静压和角度，计算出出口截面(或进口截面)实际马赫数；质量平均就是以测量点的质量流量为加权的平均值，其计算公式如下：

经无量纲化之后，上式可表示如下：

掺混均匀法如图2所示，以从测量截面到掺混均匀截面之间的一个栅距宽度的面积为控制体，通过求解其质量守恒、动量守恒和能量守恒方程，即可得到掺混均匀截面的各项气动参数。其中，假设控制体工质为理想气体，具有恒定的比热容。

质量守恒方程如下：

轴向及周向动量守恒方程：

能量守恒方程：

以上各式中，下标2y和2分别代表叶栅下游测量截面及掺混均匀截面，ω为气流速度。根据上面的假设，K1＝K2，T02＝T01，也即IM*＝IM。通过求解上述二次方程，可得：

一般来说，上式的最小正值即为要求解的临界马赫数。此时，不难求出掺混均匀截面的无量纲气动函数θ、q₂/P₂*和P₂/P₂*。将临界马赫数代入下式，可求得掺混均匀截面的马赫数及气流角。