[发明专利]速度场与温度场数据同步并行采集系统及应用方法

说明书

本发明公开了一种速度场与温度场数据同步并行采集系统及应用方法，涉及风洞试验领域，包括总压测量子系统、稳定段总压和温度场动态数据采集子系统；各子系统中分别设置有至少一个采集终端，且各采集终端中的每个采集单元均使用独立、同型的AD数字仪，通过锁相环进行锁相，所述AD数字仪的处理器中集成有时间戳计数器；各子系统通过相配合的外部同步控制模块为各采集终端提供一个锁相后的同步时钟；各系统的各采集终端通过同步触发器与中央处理单元连通。本发明提供一种速度场与温度场数据同步并行采集系统及应用方法，能在不同采集系统中，实现高超声速风洞试验速度场与温度场动态数据的同步并行采集，有效保证数据的采集精确度和时域相关性。

技术领域

本发明涉及风洞试验领域。更具体地说，本发明涉及一种在风洞试验中进行速度场与温度场数据同步并行采集系统及应用方法。

背景技术

在风洞试验中，流场品质的好坏直接决定了风洞试验数据质量的优劣。衡量流场品质的指标有很多，速度场分布指标是其中的关键。对于高超声速风洞而言，除了速度场分布外，温度场分布对试验数据是否准确可靠也有重要影响。因此，定期对高超声速风洞进行速度场和温度场校测，是确保流场品质从而保证风洞试验数据质量的重要工作。

高超声速风洞速度场校测时，因超声速流场中的扰动在马赫锥内向后传播，故试验段核心流中心线上的马赫数不足以代表试验段马赫数分布，必须进行空间马赫数分布校测，一般是选取试验段若干个截面进行截面马赫数分布的校测。

如图1所示，利用十字总压探测管和固定探测管的尖楔形排管架组成总压排管。总压探测管后接引压软管，软管穿过排管支杆内孔后与电子压力扫描阀连接。排管支杆外表面制作成丝杆形状，安装在刚性支架上，由涡轮与丝杆啮合，并由装在风洞洞体外的电机驱动涡轮，带动丝杆前后移动，从而使总压排管前后移动测量流场各个界面的波后总压分布，再利用稳定段总压和波后总压计算得出流场马赫数分布。

温度场校测方式与速度场校测方式类似，不同之处在于：总压排架换成总温排架；总温排架上在温度测孔处安装温度传感器热电偶，实现温度测量；速度场校测时，波后总压数据使用的是电子压力扫描阀采集，直接获取压力数据，而温度场测量时，热点偶数据使用电压信号数据采集系统采集，再将采集到的电压信号换算成温度值。

当前高超声速速度场和温度场校测存在如下几个问题：

一、如图2所示，速度场校测时，波后总压测量使用的电子压力扫描阀系统，其配置有多个采集终端，每个采集终端又具有十几到数十个采集单元，其数据采集方式是采用的轮询式，即采集终端的所有压力采集单元按照先后顺序逐个记录压力数据，其相邻两个采集单元间的数据在时间上有个延迟Δt，终端的压力采集单元越多，则第一个采集单元和最后一个采集单元间记录压力时间的延迟就越大，该延迟为(n-1)*Δt，n为终端上的采集单元个数。同时，为了减小压力数据的随机变化误差，会将同个采集单元的数个压力值求平均作为最终采集到的压力值，此时第一个采集单元和最后一个采集单元间压力记录时间上的延迟为(nk-1)*Δt。另外，为保证数据读取、处理的实时性，电子压力扫描阀的采样速率设置较小，一般在100Hz左右。此时压力采集单元间的数据记录时间就存在一个秒级的误差，因为风洞试验中的所测量的压力是一个波动值，所以最终所采集到的压力数据不是同一时刻的压力值，因为采集时间的延迟造成了一个较大的误差。

二、如图3所示，多个压力扫描阀终端相互之间的采集触发信号有网络传输方式，也有电缆传输方式。因为存在传输时间的延迟和不同采集终端间时钟信号的不同相位，从而使不同终端间存在一个随机的采集时间延迟，给最终数据带来误差。