[发明专利]一种亚声速风洞可压缩流体声模态传播特性测量与分析方法

权利要求书

1.一种亚声速风洞可压缩流体声模态传播特性测量与分析方法，其特征在于，所述的声模态传播特性测量与分析方法包括以下步骤：

a.在亚声速风洞中布置两根一维热线探针；

将编号为1号热线探针、2号热线探针的两根一维热线探针分别安装在两根支杆上，两根支杆分别固定在两个夹持机构上，两个夹持机构分别安装在亚声速风洞试验段中，再将1号热线探针、2号热线探针分别连接热线风速仪；

1号热线探针位于亚声速风洞流场下游，2号热线探针位于亚声速风洞流场上游，1号热线探针、2号热线探针测点所在的空间位置，在流向方向的距离大于等于风洞试验段特征尺度，在法向方向错位分布；

b.进行亚声速风洞试验，获得两列离散电压信号；

开启亚声速风洞，在预先设定的来流马赫数M和热线风速仪采样频率下，对亚声速风洞试验段流场进行测量，热线风速仪同时输出两组、每组一个序列、各序列中的离散电压信号总数相同的序列E₁(i)和序列E₂(i)，其中，序列E₁(i)对应1号热线探针，序列E₂(i)对应2号热线探针，i为离散电压信号在序列中的序数，i＝1,2,……,m，m为序列中的离散电压信号总数；

c.分别计算两列离散电压信号的输出电压脉动量；

分别计算1号热线探针的输出电压脉动量x(i)和2号热线探针的输出电压脉动量y(i)：

d.计算两列输出电压脉动量的互相关函数；

计算1号热线探针的输出电压脉动量x(i)和2号热线探针的输出电压脉动量y(i)的互相关函数C_xy(h)：

C_xy(h)＝E[x(i)y(i+h)]；

式中，自变量h为两个序列的序数移动值，算子E为均值算子；

e.计算两列输出电压脉动量的互相关系数；

计算1号热线探针的输出电压脉动量x(i)和2号热线探针的输出电压脉动量y(i)的互相关系数Cor(h)：

f.获得声模态传播特性；

通过分析1号热线探针、2号热线探针的空间位置、互相关系数Cor(h)最大值对应的序数移动值h_max及热线风速仪采样频率，得到声模态的传播速度和传播方向。

2.根据权利要求1所述的亚声速风洞可压缩流体声模态传播特性测量与分析方法，其特征在于，所述的步骤f中的声模态传播特性的分析方法如下：

f1.亚声速风洞可压缩流动为等熵流动，熵模态为0，则1号热线探针的输出电压脉动量x(i)和2号热线探针的输出电压脉动量y(i)均由声模态和涡模态构成，即：

x(i)＝x_P(i)+x_ω(i)i＝1,2,…,m；

y(i)＝y_P(i)+y_ω(i)i＝1,2,…,m；

式中，下角标P代表声模态分量，下角标ω代表涡模态分量；

f2.包含声模态分量、涡模态分量的互相关函数C_xy(h)为：

f3.亚声速风洞中涡的最大特征尺度与风洞试验段特征尺度一致，1号热线探针、2号热线探针在流向方向的距离大于等于风洞试验段特征尺度，在同一时刻进行测量时，1号热线探针、2号热线探针位于不同的涡结构中，感受到的涡模态导致的流场脉动不相关，即：

由于造成声模态与涡模态产生的流动现象及结构不同，声模态与涡模态导致的流场脉动不相关，即：

f4.互相关函数C_xy(h)简化为声模态分量的互相关函数C_xy(h)，即：

互相关系数Cor(h)简化为声模态分量的互相关系数Cor(h)，即：

当互相关系数Cor(h)取得最大值时，两个序列x(i)与y(i)中声模态分量的相关性最强，互相关系数Cor(h)最大值对应的序数移动值h_max为与声模态传播特性相关的物理量，通过1号热线探针、2号热线探针的空间位置、互相关系数Cor(h)最大值对应的序数移动值h_max及热线风速仪采样频率，得到声模态的传播速度和传播方向。