多孔探针移测系统研究

摘要

流场测量技术是研究飞行器气动性能的重要途径，虽然有很多以光电技术为基础的流场测量技术，但多孔探针在很多场合特别是在可以忽略接触式测量干扰的应用中具有独特的优势。同时对于传统定点的测量方法，本文提出移动测量的概念，通过改进优化多孔探针的测量方法能够大量减少实验中人力物力时间等资源的消耗以拓展其实际应用范围。因此本文选取“多孔探针移测系统研究”作为研究课题。而相比于三孔和五孔探针，七孔探针精度高，可测量角度大，因此以七孔探针为主要测量手段开展相应的研究。
　　在此背景下，为提高探针系统的小型化、高精度与便捷性，本文设计出一套完备的七孔探针移测系统。在硬件电路设计上，采用核心板与传感器模块分离设计方式，开发USB和485二种接口方式并采用Modbus协议用以拓展系统应用场合；在软件设计中，上、下位机软件均采用了数字滤波技术并引入虚拟仪器技术开发上位机用户程序；在移动平台设计上，以T45系列的运动控制器为核心搭建了探针扫描坐标架，确保系统能够实现高效、准确的移动测量。
　　其次考虑到传感器在个体性能上的差异性，本文通过压力标定实验，得到传感器的压力系数，从而确保传感器测量性能的一致性。在K系数矩阵标定实验中,通过比较标定时记录的数据与实验计算出的结果表明：探针的压力数据变化波形满足标定实验规律，俯仰角和方位角的相对误差在允许范围内，该系统满足在低速流场的测量要求，并分析探针的孔径误差和传感器的测量误差对测量结果带来的影响。
　　最后本文从动态响应模型着手，计算出在系统动态响应最大误差允许范围内的移动测量速度。并通过CFD仿真技术的数值计算和实际的吹沙实验得到该技术在实际流场中指导速度分布的意义。为了进一步验证移动测量技术，本文以翼尖涡为测量对象，进行流场截面定点与移动测量对比试验，其中移动测量速度以建模中得到的允许扫测速度测量。风洞实验数据表明，移动测量与定点测量的实验结果具有较高的一致性，因此本文的移动测量方法是可行的、有效的。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1课题的背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容及意义

第二章 七孔探针测量及标定原理

2.1七孔探针基本工作原理

2.2七孔探针校准原理

2.3七孔探针测量原理

2.4本章小结

第三章 七孔探针移测系统软硬件开发

3.1七孔探针移测系统电路设计

3.2七孔探针测速系统软件设计

3.3本章小结

第四章 七孔探针标定实验及误差分析

4.1七孔探针压力标定实验

4.2七孔探针K系数矩阵标定实验

4.3本章小结

第五章 七孔探针移动测量技术

5.1七孔探针测量管道建模

5.2七孔探针移动测量速度及误差分析

5.3环形管道外流场CFD仿真

5.4移动测量风洞实验

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2本文的主要工作

6.3展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文