高超聲速風(fēng)洞流場品質(zhì)要求 第1部分：常規(guī)高超聲速風(fēng)洞 征求意見稿

1高超聲速風(fēng)洞流場品質(zhì)要求第1部分：常規(guī)高超聲速風(fēng)洞本文件規(guī)定了常規(guī)高超聲速風(fēng)洞流場品質(zhì)測量方法、測量數(shù)據(jù)處理方法、評價(jià)指標(biāo)與評本文件適用于常規(guī)高超聲速風(fēng)洞流場品質(zhì)的測量與評價(jià)。其他進(jìn)行氣動力試驗(yàn)的高超聲下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改GB/T16638.1、GB/T16638.2、GB/T16638.3和G常規(guī)高超聲速風(fēng)洞conventionalhyperson質(zhì)為純凈空氣或氮?dú)猓ㄟ^直熱式或蓄熱式等常規(guī)加熱評價(jià)風(fēng)洞試驗(yàn)氣流優(yōu)劣程度的重要指標(biāo)，對于常規(guī)高超聲速風(fēng)洞通常包括穩(wěn)定段總壓與總用于將風(fēng)洞來流進(jìn)行整流并進(jìn)行來流總壓和總溫用于安裝模型和裝置進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)和測量的部件2A升力系數(shù)曲線在y軸上的截距—a縱向壓力差系數(shù)曲線在y軸上的截距—B—b———CP—dmfG(f)—g試驗(yàn)段第j截面的總溫測點(diǎn)數(shù)—h—k—l—Ma—m—n試驗(yàn)段第j截面速度場均勻區(qū)的皮托總壓測點(diǎn)數(shù)—PqSsSPLtsTK xmymαβY σ 34風(fēng)洞流場品質(zhì)測量與評價(jià)時(shí)機(jī)和周期4.1風(fēng)洞流場品質(zhì)測量與評價(jià)時(shí)機(jī)進(jìn)行常規(guī)高超聲速風(fēng)洞流場品質(zhì)測量與評價(jià)時(shí)b)風(fēng)洞本體部件或測量儀器等有重大變化時(shí)；c)試驗(yàn)數(shù)據(jù)異常，且可能與風(fēng)洞流場性能有關(guān)時(shí)；d)達(dá)到規(guī)定的測量與評價(jià)周期；e)其它需要對風(fēng)洞流場品質(zhì)進(jìn)行測量與評價(jià)的情況。新風(fēng)洞投入使用前應(yīng)包含全部流場品質(zhì)測量與評價(jià)內(nèi)容，其它時(shí)機(jī)可根據(jù)風(fēng)洞具體情況4.2風(fēng)洞流場品質(zhì)測量與評價(jià)時(shí)機(jī)周期5.1穩(wěn)定段氣流總壓與總溫測量通過穩(wěn)定段氣流總壓與總溫測量，給出穩(wěn)定段氣流平均總壓和平均總溫、總壓和總溫的偏分別采用壓力傳感器和溫度傳感器測量穩(wěn)定段內(nèi)氣流總壓和總溫，通常在風(fēng)洞運(yùn)行不確定度一般不大于0.75%；4e)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的不確定度一般不大于0.1%。測量裝置主要包括尖劈、總壓探針、總溫探針、傳感器、數(shù)據(jù)采總壓探針和總溫探針布置在尖劈的迎風(fēng)面。總壓探針通過軟管、紫銅管或不連接；總溫探針內(nèi)部安裝有屏蔽套和熱電偶，壓力傳感器和熱電偶與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接?？侫——尖劈；B——總壓探針；C——總溫探針；D——測壓連接管；E——熱電偶；F——屏蔽套管；G——夾緊環(huán)；H——固定環(huán)；I——滯止孔a)總壓與總溫排架應(yīng)放置在靠近噴管入口的b)總壓和總溫探針最大間距應(yīng)不小于穩(wěn)定段直徑的三分之二；c)總壓探針和總溫探針相對于穩(wěn)定段5.2試驗(yàn)段氣流速度場測量通過試驗(yàn)段氣流速度場測量，給出各個(gè)測點(diǎn)的當(dāng)?shù)伛R赫數(shù)、速度場均勻區(qū)大小、均勻區(qū)內(nèi)赫數(shù)、均勻區(qū)內(nèi)馬赫數(shù)最大偏差、均勻區(qū)內(nèi)馬赫數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差、馬赫數(shù)軸向梯5a)試驗(yàn)段氣流通過正激波后的皮托總壓采用皮托總壓探針連接壓力傳感器或電子壓力掃描閥進(jìn)行測量，壓力傳感器和掃描閥的測量準(zhǔn)確度一般不低于0.1%F.S.；b)排架和支桿危險(xiǎn)斷面上的應(yīng)力不超過其材料的抗拉強(qiáng)度極限，考慮到風(fēng)洞啟動和關(guān)車時(shí)的沖擊，安全系數(shù)一般取4～6；在最大氣動載荷作A——“十”字尖劈；B——皮托總壓探針；C——支桿a)軸向測量起始截面可從噴管以內(nèi)開始，軸向測量距面直徑一般不小于2d/3；b)各個(gè)測量截面的軸向間距一般不大于d/10，每個(gè)截面至少在水平對稱線與垂直對稱線上進(jìn)行測量，每條線上皮托總壓探針的間距一般不大于d/15。5.3試驗(yàn)段氣流溫度場測量通常采用熱電偶測量試驗(yàn)段氣流總溫分布，通常進(jìn)行同一軸向截面和同一時(shí)刻水平或者垂總溫探針按照一定間距分布在尖劈的迎風(fēng)面前端，熱電偶安裝在總溫探針內(nèi)a)熱電偶的不確定度要求同5.1.2中a)條；6般不小于2d/3；b)每條線上總溫探針的間距一般不大于d/10。5.4試驗(yàn)段氣流流向角測量通過試驗(yàn)段氣流流向角測量，給出速度場均勻區(qū)內(nèi)典型位置的點(diǎn)流向角和平均流向角。試流流向角測量通常采用測壓法和測力法，分別用于測量點(diǎn)流向角和區(qū)域平均流向針小側(cè)滑角時(shí)水平對稱位置壓力差為零的側(cè)滑角，求出點(diǎn)橫向流 算正、反裝測力模型的零升迎角α0D，求出平均縱向流向角。類似地，將測力模型旋轉(zhuǎn)±90o后，測定測力模型小側(cè)滑角時(shí)的側(cè)力曲線，計(jì)算零側(cè)力側(cè)滑角，求出平均橫向a)點(diǎn)流向角測壓探針加工偏差不大于0.02mm，開孔誤差不大于0.05°,探針安裝誤差不大于7d)天平各分量的精密度一般優(yōu)于0.3%，準(zhǔn)a)通常選取噴管出口截面進(jìn)行氣流流向角測量，測量位置位于速度場均勻c)平均流向角測量的測力模型位置包括截面中心區(qū)域以及垂直方向偏離截面中心的區(qū)域應(yīng)不少A——測量錐頭；B——總壓測點(diǎn)；C——靜壓測點(diǎn)5.5試驗(yàn)段氣流噪聲測量通過試驗(yàn)段氣流噪聲測量，給出速度場均勻區(qū)內(nèi)典型位置測點(diǎn)噪聲水平、聲壓級、均方根通常采用脈動壓力傳感器測量氣流通過皮托探針端面正激波后的總壓脈動，計(jì)算得到試驗(yàn)a)脈動壓力傳感器的準(zhǔn)確度等級一般不低于0.5級；a)一般選取噴管出口、均勻區(qū)中部以及尾部三個(gè)截面b)測點(diǎn)一般包含測量截面中心點(diǎn)，測點(diǎn)間距一般不大于d/5。8A——脈動壓力傳感器；B——脈動壓力探針頭；C—緊固件；D—脈動壓力探針主體——t時(shí)刻平均總壓，單位為帕斯卡（Pak——總壓測點(diǎn)數(shù)；PΔT時(shí)間內(nèi)第i個(gè)測點(diǎn)平均總壓的計(jì)算公式，見式（2 PΔS時(shí)間內(nèi)第i個(gè)測點(diǎn)的平均總壓，單位為帕斯卡（PaΔS時(shí)間內(nèi)k個(gè)測點(diǎn)平均總壓的計(jì)算公式，見式（3 P風(fēng)洞有效運(yùn)行時(shí)間內(nèi)最大總壓波動的計(jì)算公式，9——t時(shí)刻平均總溫，單位為開（KTΔT時(shí)間內(nèi)第i個(gè)測點(diǎn)平均總溫的計(jì)算公式，見式（7 TΔS時(shí)間內(nèi)第i個(gè)測點(diǎn)的平均總溫，單位為開（KΔS時(shí)間內(nèi)l個(gè)測點(diǎn)總平均溫的計(jì)算公式，見式（8 TΔT0φmax=T0i?T0max……………(9)風(fēng)洞有效運(yùn)行時(shí)間內(nèi)最大總溫波動的計(jì)算公式，見ΔT0tmax=T0(t)?T0max…………(10)通過速度場排架測出每一探測管的激波后總壓P02，由穩(wěn)定段排架測出的前室總壓P01，按正激波前、后總壓關(guān)系迭代求出該點(diǎn)的馬赫數(shù)Maij，迭代計(jì)算公式，見式（11迭代精度一般優(yōu)于10-5：PPMaij——試驗(yàn)段速度場第j截面第i個(gè)測點(diǎn)的馬赫數(shù)。穩(wěn)定段氣流總溫小于等于800K時(shí)，氣流參數(shù)按量熱完全氣體考慮，Y取1.4?？倻卮笥?00K小于2000K時(shí)，通常按熱完全氣體考慮，Y隨總溫變化的關(guān)系式和熱完全氣體的修正方法可參照附錄A。6.2.2截面平均馬赫數(shù)和截面均勻 試驗(yàn)段內(nèi)沿軸向第j截面速度場均勻區(qū)內(nèi)平均馬赫數(shù)Maj的計(jì)算公式，見式（12 Maj——試驗(yàn)段第j截面速度場均勻區(qū)的平均馬赫數(shù)；n——試驗(yàn)段第j截面速度場均勻區(qū)的皮托總壓測點(diǎn)數(shù)。第j截面速度場均勻區(qū)內(nèi)最大馬赫數(shù)偏差的計(jì)算公式，見式（13第j截面速度場均勻區(qū)大小根據(jù)式（14數(shù)據(jù)處理時(shí)，先剔除試驗(yàn)中的壞點(diǎn)，剔除準(zhǔn)則采用格拉布斯準(zhǔn)則，然后再計(jì)算平均馬馬赫數(shù)偏差。若超過指標(biāo)，則需縮小均勻區(qū)范圍重新計(jì)算，直到滿足指標(biāo)為止。第j截面速度場均勻區(qū)內(nèi)馬赫數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式，見式（15σMa——試驗(yàn)段第j截面速度場均勻區(qū)馬赫數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差。6.2.3流場平均馬赫數(shù)和流場均勻整個(gè)速度場均勻區(qū)內(nèi)平均馬赫數(shù)的計(jì)算公式，m——試驗(yàn)段速度場的皮托總壓測量截面數(shù)。速度場均勻區(qū)內(nèi)最大馬赫數(shù)偏差的計(jì)算公式，見式若超過指標(biāo)，則需縮小相應(yīng)截面的均勻區(qū)范圍重新計(jì)算，直到滿足指標(biāo)為止。6.2.4流場均勻區(qū)內(nèi)馬赫數(shù)軸向梯馬赫數(shù)軸向梯度是整個(gè)速度場均勻區(qū)內(nèi)截面平均馬赫數(shù)沿噴管軸線的變化xj——第j截面距離噴管出口的距離，單位為米（m）。6.3.1截面平均總溫和截面溫度場均勻 試驗(yàn)段內(nèi)沿流向第j截面溫度場均勻區(qū)內(nèi)平均總溫T0j的計(jì)算公式，見式（21 T0j——試驗(yàn)段第j截面溫度場均勻區(qū)的平均總溫，單位為開（KT0ij——試驗(yàn)段第j截面第i個(gè)測點(diǎn)的總溫，單位為開（Kg——試驗(yàn)段第j截面的總溫測點(diǎn)數(shù)。第j截面溫度均勻區(qū)內(nèi)最大總溫偏差的計(jì)算公式，見式（22第j截面溫度均勻區(qū)大小根據(jù)式（23）確定：數(shù)據(jù)處理時(shí)，先根據(jù)格拉布斯準(zhǔn)則剔除試驗(yàn)中的壞點(diǎn)數(shù)據(jù)，然后再進(jìn)行計(jì)算。若超過指標(biāo)，則縮小均勻區(qū)范圍進(jìn)行重新計(jì)算，直到滿足指第j截面均勻區(qū)內(nèi)總溫標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式，見式（24σT——第j截面均勻區(qū)內(nèi)總溫標(biāo)準(zhǔn)差。 整個(gè)溫度場均勻區(qū)內(nèi)平均總溫T0的計(jì)算公式，）：）：ΔT=T?T…………(26)ΔT=T?T…………(26) ）：穩(wěn)定段到試驗(yàn)段的氣流溫度損失的計(jì)算公式，）：ΔTTT T T點(diǎn)流向角數(shù)據(jù)處理以五孔探針進(jìn)行描述，其垂直方向上下對稱布置1和3號靜壓測點(diǎn)，水平方向左右對稱布置2和4號靜壓測點(diǎn)，5號中心孔測量皮托總壓，如圖4所示。正裝探針，迎角α（一般α∈[?2,2]）時(shí)縱向壓力差系數(shù)的計(jì)算公式，見式（30ΔCPα/P/PPPP通過系列迎角測量試驗(yàn)獲得通過線性最小二乘法擬合的ΔCPα~α曲線表達(dá)式，見式（31）：ΔCPαb——ΔCPα~α曲線的斜率。計(jì)算得到探針正裝時(shí)縱向壓力差系數(shù)為零時(shí)的迎角α0U。同樣，反裝探針進(jìn)行系列迎角試驗(yàn)，計(jì)算得到探針反裝時(shí)縱向壓力系數(shù)為零時(shí)的迎角α0D，迎角以向上為正。因此，縱向點(diǎn)流向角的計(jì)算公ΔCPβ~β,計(jì)算得到探針正、反裝橫正裝測力模型，測定小迎角（一般α∈[?2,2]）時(shí)的升力系數(shù)曲線（CL~α),通過線性最小=A+B.α…………(34)A——CL~α曲線在y軸上的截距；B——CL~α曲線的斜率。 計(jì)算得到測力模型正裝時(shí)零升迎角α0U。同樣，反裝測力模型進(jìn)行系列迎角試驗(yàn)，得到測力模型 反裝時(shí)零升迎角α0D，升力和迎角以向上為正。因此，縱向平均流向角的計(jì)算公式，見式（35類似地，通過測力模型旋轉(zhuǎn)±90o測定小側(cè)滑角（一般β∈[?2,2]）時(shí)的側(cè)力曲線（CZ~α),計(jì)算得到測力模型正、反裝側(cè)力系數(shù)為零時(shí)的側(cè)滑角β0U和β0D，橫向平均流向角的計(jì)算公式，見式 P(t)——隨時(shí)間變化的脈動壓力，單位為帕斯卡（Pa）； P——ΔS時(shí)間內(nèi)脈動壓力平均值，單位為帕斯卡聲壓級的計(jì)算公式，見式（38）：脈動壓力系數(shù)的計(jì)算公式，見式（39）：氣流噪聲的計(jì)算公式，見式（40）：PP,rms和CP,noise描述所測頻率范圍內(nèi)脈動壓力的總強(qiáng)度。功率譜密度函數(shù)計(jì)算公式，見式（41G(f)——功率譜密度；f——頻率，單位為赫茲（Hz）；功率譜密度函數(shù)描述脈動壓力能量隨頻率的分布，為減少功率譜密度分析中的隨測量項(xiàng)目和內(nèi)容穩(wěn)定段氣流總壓與總溫總壓相對偏差總壓波動(ΔP）總溫相對偏差(ΔT0φmax)總溫波動(ΔT）試驗(yàn)段氣流速度場馬赫數(shù)相對偏差馬赫數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差馬赫數(shù)軸向梯度（dMa/dx）0.1m-10.05m-1試驗(yàn)段氣流溫度場總溫相對偏差(σT/ΔT0max）試驗(yàn)段氣流流向角(Δαmax、Δβmax）平均流向角(Δαmax、Δβmax）試驗(yàn)段氣流噪聲常規(guī)噪聲流場低噪聲流場靜音流場當(dāng)試驗(yàn)段氣流總溫大于800K時(shí)，熱完全氣體的靜溫修正系數(shù)f1和靜壓修正系數(shù)f2分別由式（A.1）和（A.2）確定：RT=1+0.2Ma2……………(A.5)θ——分子振動特征溫度，對于空氣其值取3