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临近空间低速飞行器风速仪研制及其在低温低压风洞中的标定试验

张石玉 付增良 赵俊波 高清 钱儿

张石玉, 付增良, 赵俊波, 等. 临近空间低速飞行器风速仪研制及其在低温低压风洞中的标定试验[J]. 实验流体力学, 2017, 31(2): 81-85, 103. doi: 10.11729/syltlx20160137
引用本文: 张石玉, 付增良, 赵俊波, 等. 临近空间低速飞行器风速仪研制及其在低温低压风洞中的标定试验[J]. 实验流体力学, 2017, 31(2): 81-85, 103. doi: 10.11729/syltlx20160137
Zhang Shiyu, Fu Zengliang, Zhao Junbo, et al. Development of near-space-vehicle anemometer and calibration tests in low-temperature-low-static-pressure wind tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(2): 81-85, 103. doi: 10.11729/syltlx20160137
Citation: Zhang Shiyu, Fu Zengliang, Zhao Junbo, et al. Development of near-space-vehicle anemometer and calibration tests in low-temperature-low-static-pressure wind tunnel[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2017, 31(2): 81-85, 103. doi: 10.11729/syltlx20160137

临近空间低速飞行器风速仪研制及其在低温低压风洞中的标定试验

doi: 10.11729/syltlx20160137
基金项目: 高分专项青年创新基金
详细信息
    作者简介:

    张石玉 (1984-), 男, 四川遂宁人, 工程师。研究方向:飞行仿真、参数辨识技术应用研究。通信地址:北京市7201信箱56分箱 (100074)。E-mail:zhangsy701@sina.com

    通讯作者:

    付增良, E-mail: fzl435@126.com

  • 中图分类号: V241.7+4

Development of near-space-vehicle anemometer and calibration tests in low-temperature-low-static-pressure wind tunnel

  • 摘要: 本文介绍了一种新型临近空间低速飞行器风速测量装置。风速仪基于旋转测压旋杆、增加测压旋杆两端测压探头动压的原理设计,在临近空间环境和超低动压条件下具有较高的风速测量精度。在中国电子科技集团公司第二十一研究所的临近空间环境模拟风洞中开展了低温低压低风速测量标定试验,试验来流速度范围为5~14m/s。试验结果表明,测量的动压信号与正/余弦函数拟合结果一致性较高,压差测量值的相对量可信度较高。此外,压差幅值信号与来流风速成线性关系,通过线性拟合的方法获得风速仪的测量标定模型。
  • 图  1  旋转增压式风速仪三维示意图

    Figure  1.  3-D model of rotation anemometer

    图  2  风速仪风速测量原理图

    Figure  2.  Sketch of the wind speed measuring theory

    图  3  压差信号随时间变化仿真曲线

    Figure  3.  Simulation curve of the differential dependent on time dynamic pressure

    图  4  低温低压风洞

    Figure  4.  The near-space-environment wind tunnel

    图  5  风速仪试验现场照片

    Figure  5.  Picture of rotation anemometer in test section of the wind tunnel

    图  6  旋杆与信号发射模块内部连接图

    Figure  6.  Inner structure of the rotation anemometer

    图  7  压差测量数据与正弦/余弦拟合结果对比图 (来流温度10℃,旋杆转速500r/min,理论风速10.36m/s)

    Figure  7.  Comparison of measurements and sine fit results (with inflow temperature of 10℃, pressure-measuring arms rotating rates of 500r/min, and wind speed of 10.36m/s)

    图  8  压差测量数据与正弦/余弦拟合结果对比图 (来流温度-60℃,旋杆转速600r/min,理论风速8.7 m/s)

    Figure  8.  Comparison of measurements and sine fit results (with inflow temperature of-60℃, pressure-measuring arms rotating rates of 600r/min, and wind speed of 8.7m/s)

    图  9  理论风速-压差幅值测量值及线性拟合曲线 (来流温度-60℃,旋杆转速600r/min)

    Figure  9.  Amplitude of differential dynamic pressure data and linear fit results from wind speed (with inflow temperature of-60℃, and pressure-measuring arms rotating rates of 600r/min)

    图  10  旋杆转速600r/min时的风速仪标定曲线 (来流温度-60℃,静压7kPa)

    Figure  10.  Calibration curve of anemometer at rotation rate of 600r/min (with inflow temperature of-60℃, and static pressure of 7kPa)

    图  11  旋杆转速500r/min时的风速仪标定曲线 (来流温度-60℃,静压7kPa)

    Figure  11.  Calibration curve of anemometer at rotation rate of 500r/min (with inflow temperature of-60℃, and static pressure of 7kPa)

    表  1  不同温度不同转速下的线性拟合斜率比

    Table  1.   Fit slope at different test temperatures and rotating rates

    来流
    温度/℃
    理论风速
    /(m·s-1)
    旋杆转速
    /(r·min-1)
    斜率
    a
    斜率
    转速比
    10 6.3、10.4、13.8 600 1.1261 1.184 1.2
    500 0.9513
    -60 5.4、8.7、11.6 600 2.3710 1.209 1.2
    500 1.9596
    下载: 导出CSV

    表  2  不同转速下风速仪的标定系数及误差

    Table  2.   Calibration coefficients and error in tests

    风速标定表
    转速600r/min Pearson相关性系数 0.997
    数值 标准差
    常数项 -2.97107 0.81596
    斜率 0.41977 0.02892
    转速500r/min Pearson相关性系数 0.998
    数值 标准差
    常数项 -3.27498 0.75244
    斜率 0.50836 0.03151
    下载: 导出CSV
  • [1] Young M, Keith L S, Pancotti A. An overview of advanced concepts for nearspace systems[C]//Proceedings of AIAA Joint Propulsion Conference and Exhibit, Colorado, USA, 2009.
    [2] Kurkcu C, Erhan H, Umut S. Unmanned aerial systems' near space operation concept[C]//Proceedings of 5th International Conference on Recent Advances in Space Technologies, Istanbul, Turkey, 2011.
    [3] 杨跃能. 平流层飞艇动力学建模与控制方法研究[D]. 长沙: 国防科学技术大学, 2013.

    Yang Y N. Dynamics modeling and flight control for a stratospheric airship[D]. Changsha:National University of Defense Technology, 2013.
    [4] 刘刚, 张玉军.平流层飞艇定点驻留控制分析与仿真[J].自动控制与测量, 2008, 27(12):64-66. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BGZD200812024.htm

    Liu G, Zhang Y J. Analysis and simulation of stratospheric airship's fixed-point resident control[J]. Automatic Measurement and Control, 2008, 27(12):64-66. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BGZD200812024.htm
    [5] 李峰, 叶正寅.平流层飞艇空气动力学研究进展[J].华东交通大学学报, 2008, 25(1):24-27. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LXJZ201204012.htm

    Li F, Ye Z Y. Advances in aerodynamics research of stratospheric airship[J]. Journal of East China Jiaotong University, 2008, 25(1):24-27. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-LXJZ201204012.htm
    [6] 胡国昌, 吴美平.平流层飞艇运动分析与仿真[J].哈尔滨工程大学学报, 2011, 32(11):1501-1508. doi: 10.3969/j.issn.1006-7043.2011.11.019

    He G C, Wu M P. Motion analysis and simulation of a strotospheric airship[J]. Journal of Harbin Engineering University, 2011, 32(11):1501-1508. doi: 10.3969/j.issn.1006-7043.2011.11.019
    [7] 杨乐天, 张石玉, 张卫民. 高空驻空飞行器空速测量研究[C]. 第三届高分辨率对地观测学术年会, 2014: 284-290.

    Yang L T, Zhang S Y, Zhang W M. Research of anemometer applied in near space aircraft[C]. The 3rd China High Resolution Earth Observation Conference, 2014:284-290.
    [8] 张成. 临近空间大气认知建模及无人机飞行仿真[D]. 上海: 上海交通大学, 2008.

    Zhang C. The cognition and modeling of near space atmosphere and unmanned air vehicle flight simulation in variable wind field[D]. Shanghai:Shanghai Jiao Tong University, 2008.
    [9] 苗景刚, 周江华, 杨新.基于Matlab/Simulink的飞艇全数字仿真系统[J].系统仿真学报, 2009, 21(9):2658-2661. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XTFZ200909050.htm

    Miao J G, Zhou J H, Yang X. Airship digital simulation system based on Matlab/Simulink[J]. Journal of System Simulation, 2009, 21(9):2658-2661. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XTFZ200909050.htm
    [10] 殷文华, 柳建华, 张良, 等.模拟平流层环境的加载试验风洞测试与控制系统设计[J].航天器环境工程, 2015, 21(1):49-52. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HTHJ201501009.htm
    [11] 张东宁, 王洪武, 赛庆毅, 等. 电机用平流层环境模拟实验装置[C]. 第二届高分辨率对地观测学术年会, 2013.

    Zhang D N, Wang H W, Sai Q Y, et al. An equipment for test motors used in stratosphere[C]. The 2nd China High Resoluation Earth Observation Conference, 2013.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-09-06
  • 修回日期:  2017-01-09
  • 刊出日期:  2017-04-25

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    2021年8月13日