[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

说明书

本发明属于试验空气动力学领域，公开了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。该方法包括以下步骤：在亚声速风洞中布置两根一维热线探针；进行亚声速风洞试验，获得两列离散电压信号；分别计算两列离散电压信号的输出电压脉动量；计算两列离散电压信号的互相关函数；计算两列离散电压信号的互相关系数；获得声模态传播特性；该方法基于热线风速仪，建立了声模态传播特性的分析方法，为亚声速风洞中精确定位声模态扰动源，采取措施削弱声模态强度，提高风洞试验结果精度奠定了基础。

技术领域

本发明属于试验空气动力学领域，具体涉及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。

背景技术

众所周知，风洞试验段模型区的核心流区域是经过整流装置整流后的风洞中流场品质最好的区域，尽管如此，进入风洞试验段的自由来流仍然具有非定常特性。风洞自由来流扰动会对风洞试验结果的精度产生影响，致使风洞试验结果产生误差，风洞试验结果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。

风洞自由来流扰动是由三种基本扰动模态叠加构成的，分别为：声模态、涡模态及熵模态，且三种扰动模态的构成成分不尽相同。声模态是由等熵状态下的压力脉动、密度脉动、温度脉动及无旋速度脉动构成的；涡模态是由有旋速度脉动构成的；熵模态是由定压状态下的熵脉动、密度脉动与温度脉动构成的。由于三种扰动模态的构成成分不同，其产生机制也不尽相同。一般来说，湍流边界层是声模态的主要来源，风洞中的蜂窝器与阻尼网等是涡模态的主要来源，流场中的非均匀温度场是熵模态的主要来源。

对于亚声速风洞可压缩流体，可以认为是一维等熵流动，由等熵关系式可知熵模态为零，故亚声速风洞可压缩风洞自由来流扰动为声模态与涡模态两种扰动模态构成；而对于以亚声速飞行的真实飞行器，大气自由来流扰动仅存在涡模态一种形式。因此，为了保证风洞试验数据能够高保真反映真实飞行过程中飞行器气动特性，必须要尽可能降低风洞中声模态的量值，从而保证风洞自由来流与大气自由来流高度相似。而要想降低亚声速风洞可压缩风洞自由来流扰动中声模态的量值，首先要测量并掌握声模态在风洞中的传播特性，在此基础上对声模态在风洞中的扰动源进行精确定位，进而根据扰动源类型采取相应措施来削弱声模态。

目前，亚声速风洞可压缩流速域在众多客机、军用运输机、远程战略轰炸机、预警机及加油机等先进大型飞机的气动力评估及气动外形精细化设计中发挥了重要作用，但正是由于声模态的存在导致风洞自由来流与大气自由来流扰动模态不完全相同，进而导致风洞试验结果精度无法得到精确量化。因此，亟需发展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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供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。

本发明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，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；