基于LabWindows-CVI的高超聲速靜風(fēng)洞測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用.pdf

1、高超聲速靜風(fēng)洞技術(shù)的研究是當(dāng)前空氣動(dòng)力學(xué)研究的前沿領(lǐng)域之一。飛行器在高空大氣中高超聲速飛行時(shí)，來流噪聲和湍流度很低，湍流度約為0.03％。地面常規(guī)風(fēng)洞試驗(yàn)段來流噪聲較大、氣流擾動(dòng)大，湍流度一般超過1％，與飛行環(huán)境相差甚遠(yuǎn)。新一代高超聲速飛行器研制，使得現(xiàn)有傳統(tǒng)的風(fēng)洞設(shè)備已經(jīng)不能滿足地面模擬試驗(yàn)的需求。本文設(shè)計(jì)了我國第一座Φ300mm高超聲速靜風(fēng)洞，具有高空真實(shí)飛行環(huán)境低湍流度的高超聲速流場(chǎng)模擬能力。該風(fēng)洞建設(shè)完成后，使用頻率高，為了提高

2、高超聲速靜風(fēng)洞自動(dòng)化水平、可靠性、操作性，增加安全穩(wěn)定性及可維護(hù)性，提高試驗(yàn)數(shù)據(jù)質(zhì)量、試驗(yàn)效率，本文重點(diǎn)研制了Φ300mm高超聲速靜風(fēng)洞的測(cè)控系統(tǒng)。
　　本文提出Φ300mm高超聲速靜風(fēng)洞的總體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)高超聲速靜風(fēng)洞測(cè)控系統(tǒng)功能進(jìn)行分析。確定高超聲速靜風(fēng)洞的基本氣動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)指標(biāo)為：設(shè)計(jì)名義馬赫數(shù)6.0，噴管出口直徑Φ300mm，最高總壓5MPa，最高總溫600K，風(fēng)洞運(yùn)行時(shí)間大于35s，單位雷諾數(shù)2.5×10–7。
　

3、　根據(jù)高超聲速靜風(fēng)洞測(cè)控的需要，選用基于文本式編程語言開發(fā)工具LabWindows/CVI，介紹了LabWindows/CVI的功能特點(diǎn)、軟件組成、程序設(shè)計(jì)界面，以及利用LabWindows/CVI進(jìn)行軟件開發(fā)的步驟。
　　總結(jié)國內(nèi)外風(fēng)洞測(cè)控系統(tǒng)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)和成果，結(jié)合靜風(fēng)洞的一些重要特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，本文提出基于LabWindows/CVI的Φ300mm高超聲速靜風(fēng)洞測(cè)量和控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)高超聲速靜風(fēng)洞運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)和顯示

4、、試驗(yàn)艙數(shù)據(jù)采集、模型角度機(jī)構(gòu)控制、閥門管路系統(tǒng)控制及安全監(jiān)控系統(tǒng)等功能，實(shí)現(xiàn)高超聲速靜風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)可以選擇試驗(yàn)臺(tái)操作和程序控制兩種運(yùn)行方式。在測(cè)控硬件系統(tǒng)中，選用創(chuàng)美工控機(jī)，實(shí)現(xiàn)風(fēng)洞與計(jì)算機(jī)一體化。試驗(yàn)艙數(shù)據(jù)采集采用ESP微型電子壓力掃描閥。A/D卡采用北京阿爾泰科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的PCI8191數(shù)據(jù)采集卡，DIO卡采用PCI2310光電隔離DI/DO板，運(yùn)動(dòng)控制卡選用PCI1010卡。靜風(fēng)洞測(cè)控系統(tǒng)軟件采用LabWindows/CV

5、I2009開發(fā)。
　　本文在完成高超聲速靜風(fēng)洞測(cè)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)控系統(tǒng)主程序、閥門控制程序、角度機(jī)構(gòu)控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、系統(tǒng)幫助五大部分的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行描述，重點(diǎn)介紹了各函數(shù)功能。
　　在完成高超聲速靜風(fēng)洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對(duì)靜風(fēng)洞測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。首先對(duì)測(cè)控程序進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試和動(dòng)態(tài)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明：系統(tǒng)線路和邏輯關(guān)系正確，測(cè)控軟件控制流程正確，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。然后通過本文設(shè)計(jì)的壓力傳感器、溫度傳

6、感器和流場(chǎng)校測(cè)架對(duì)風(fēng)洞進(jìn)行流場(chǎng)校測(cè)，得到了試驗(yàn)段均勻區(qū)馬赫數(shù)分布，同時(shí)對(duì)比紋影結(jié)果，表明風(fēng)洞馬赫數(shù)、壓力、溫度等參數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，流場(chǎng)校測(cè)結(jié)果表明風(fēng)洞流場(chǎng)達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)。最后通過脈動(dòng)壓力傳感器等相關(guān)測(cè)試技術(shù)對(duì)靜風(fēng)洞運(yùn)行流場(chǎng)進(jìn)行脈動(dòng)壓力測(cè)量，流場(chǎng)壓力脈動(dòng)為0.1%。調(diào)試結(jié)果表明Φ300mm高超聲速靜風(fēng)洞各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，形成高超聲速靜風(fēng)洞條件下低湍流度下的邊界層轉(zhuǎn)捩流動(dòng)顯示、速度場(chǎng)、密度場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，粗糙度效應(yīng)、噪聲效應(yīng)研究等試驗(yàn)?zāi)芰Α?b