[发明专利]基于高频压力传感器测量高速边界层扰动波的布置方法

说明书

一种基于高频压力传感器测量高速边界层扰动波的布置方法，包括步骤如下：S1：采用数值模拟方法获取飞行器的层流流场；S2：辨识飞行器层流流场的边界层参数，获取边界层外缘速度分布；S3：根据边界层外缘速度分布，获取边界层外缘流线，沿外缘流线方向布置高频压力传感器。通过本发明的方法布置的传感器能够准确地测量出高速边界层内扰动波的发展演化，为流动稳定性分析与转捩预示方法的改进和完善提供数据支撑，提升转捩预示精度。

技术领域

本发明涉及一种高频压力传感器测量高速边界层扰动波的布置方法。

背景技术

边界层由层流转变为湍流后，飞行器表面的摩擦阻力和热流急剧增加，同时边界层转捩过程中还伴随着脉动压力的显著变化。脉动压力不仅是飞行器载荷环境设计中需要重点考虑的一种物理量，而且其还是高速边界层转捩研究中需要关注的一种重要物理量。对于传感器测量转捩，现有的技术多数采用热流传感器与温度传感器，但是热流与温度传感器频响较低(一般在几十Hz到几百Hz)，无法测量边界层内扰动波(一般在kHz)。由于高速边界层内不稳定扰动波的频率在kHz量级，而压力传感器的频响最高可以达到1MHz以上，因此高频压力传感器经常被用来测量边界层内的扰动波，研究扰动波的特性及发展演化规律。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提出一种基于高频压力传感器测量高速边界层扰动波的布置方法，通过本发明的方法布置的传感器能够准确地测量出高速边界层内扰动波的发展演化，为流动稳定性分析与转捩预示方法的改进和完善提供数据支撑，提升转捩预示精度。

本发明所采用的技术方案是：基于高频压力传感器测量高速边界层扰动波的布置方法，包括步骤如下：

S101：采用数值模拟方法获取飞行器的层流流场；

S102：辨识飞行器层流流场的边界层参数，获取边界层外缘速度分布；

具体方法如下：

(a)利用Lagrange插值方法，将直角坐标系下飞行器网格的流场插值到贴体坐标系下的网格节点上；

贴体坐标系的构造过程如下：

贴体网格点的坐标沿直角坐标系x、y、z三个轴方向的导数与沿贴体坐标系三个轴方向导数之间的关系为：

其中，ξ、η、ζ分别为贴体网格点在贴体坐标系三个轴方向的坐标量；导数ξ_x、ξ_y、ξ_z、η_x、η_y、η_z、ζ_x、ζ_y、ζ_z均是度量系数；

根据等式定义坐标变化的雅克比行列式：

通过以上关系式，将直角坐标下的点坐标变换至贴体坐标系。

(b)计算飞行器边界层外缘位置；

(c)根据边界层外缘的位置，采用三次样条插值得到贴体坐标系下边界层外缘上所有点的流向、法向和展向三个速度分量；

S103：根据边界层外缘速度分布，获取边界层外缘流线，沿外缘流线方向对高频压力传感器进行布置，使用高频压力传感器测量高速边界层内扰动波。高频压力传感器的频响≥50kHz。

本发明与现有技术相比的优点在于：