[发明专利]一种可压缩流体湍流度测量试验数据的双曲线拟合方法

说明书

本发明公开了一种可压缩流体湍流度测量试验数据的双曲线拟合方法。该方法包括以下步骤：(1)数据采集准备；(2)开启待测风洞，在来流马赫数M下，利用热线风速仪进行测量，获得待拟合二维散点序列；(3)利用以拉格朗日乘子神经网络为基础的迭代方法对待拟合二维散点序列进行双曲线拟合，求解得到拟合结果；(4)求解得到湍流度结果。该方法利用以拉格朗日乘子神经网络为基础的迭代方法对可压缩流体湍流度测量试验数据进行双曲线拟合，再利用拟合结果对湍流度进行求解，与以SOE方法为代表的传统方法相比，该方法湍流度求解准确度高，鲁棒性强，为可压缩流体湍流度测量试验数据双曲线拟合提供了一种可行的方法。

技术领域

本发明属于试验空气动力学领域，具体涉及一种可压缩流体湍流度测量试验数据的双曲线拟合方法。

背景技术

众所周知，风洞试验是进行空气动力学研究最为有效的手段，即便是以高速发展的计算机技术为基础的数值仿真日臻完善、模型飞行试验技术日益进步的今天，开展必要的模型风洞试验仍然是飞行器研制与开发过程中进行复杂气动特性研究的一个不可或缺的环节。先进大型飞机的精细设计，对风洞试验结果精准度的要求很高，风洞流场湍流度作为一项重要的动态流场品质，会影响风洞试验结果的精准度，如飞行器力与力矩系数的计算，模型姿态角的测量，模型表面边界层转捩特性的测量等等，致使试验结果产生误差。对于飞行器设计而言即意味着升力、阻力系数等气动参数存在设计误差，进而会导致飞行器载重量存在估算误差，严重制约了飞行器的经济性与安全性。因此，精确量化评估风洞流场湍流度就显得尤为重要。

热线测速技术(Hot-wire Anemometry,HWA)由于其频响高、灵敏度高、经济性好等诸多优点，是目前湍流度测量应用最为广泛的手段。在可压缩流体中，利用变热线工作温度方法推导得到的热线响应关系式符合双曲线关系，因此可以将湍流度求解问题转化为二维散点双曲线拟合参数求解问题。然而在实际测量与数据采集过程中，由于流动的非定常特性，二维散点可能会偏离双曲线分布，甚至出现近似直线及其他圆锥曲线分布等情况，为湍流度拟合求解带来困难。

众多学者对双曲线拟合方法进行过研究，所采用的方法有霍夫变换(HoughTransform，HF)方法、最小二乘(Least Squares，LS)拟合方法、超定方程组求解(Solutionof overdetermined equations，SOE)方法等传统方法，其中SOE方法的应用最为广泛，但以上方法均无法克服由于流动非定常特性导致的散点分布偏离双曲线的问题。因此，需要建立一种鲁棒性强的双曲线拟合方法，从而避免拟合结果误差导致的可压缩流体湍流度测量结果误差。

当前，亟需发展一种可压缩流体湍流度测量试验数据的双曲线拟合方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可压缩流体湍流度测量试验数据的双曲线拟合方法。

本发明的可压缩流体湍流度测量试验数据的双曲线拟合方法包括以下步骤：

a.将一维热线探针安装在支杆上，并将支杆固定在夹持机构上，将整个夹持机构安装在待测风洞试验段中；

b.开启待测风洞，在来流马赫数M下，利用热线风速仪进行测量，连续改变热线工作温度，在每个工作温度状态下记录热线风速仪输出电压E，获得待拟合二维散点序列(R,Θ)，其中，二维散点的自变量序列R＝[r₁ r₂ … r_n]^T仅与热线工作温度相关，二维散点的因变量序列与热线工作温度及热线风速仪输出电压相关，n为热线工作温度的状态数，自变量与因变量符合热线风速仪在可压缩流体中的响应关系式：

式中：m为来流质量流量，T₀为来流总温，Δ表示脉动值，-表示平均值，以上响应关系式符合双曲线分布，其中质量流量脉动总温脉动质量流量脉动与总温脉动互相关量为待拟合求解参数；