基于LabWindows-CVI的高超聲速靜風洞測控系統(tǒng)的設計與應用.pdf

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

2、高超聲速靜風洞自動化水平、可靠性、操作性，增加安全穩(wěn)定性及可維護性，提高試驗數(shù)據(jù)質(zhì)量、試驗效率，本文重點研制了Φ300mm高超聲速靜風洞的測控系統(tǒng)。
　　本文提出Φ300mm高超聲速靜風洞的總體設計方案，并對高超聲速靜風洞測控系統(tǒng)功能進行分析。確定高超聲速靜風洞的基本氣動參數(shù)設計指標為：設計名義馬赫數(shù)6.0，噴管出口直徑Φ300mm，最高總壓5MPa，最高總溫600K，風洞運行時間大于35s，單位雷諾數(shù)2.5×10–7。
　

3、　根據(jù)高超聲速靜風洞測控的需要，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、軟件組成、程序設計界面，以及利用LabWindows/CVI進行軟件開發(fā)的步驟。
　　總結國內(nèi)外風洞測控系統(tǒng)發(fā)展的經(jīng)驗和成果，結合靜風洞的一些重要特點和設計要求，本文提出基于LabWindows/CVI的Φ300mm高超聲速靜風洞測量和控制系統(tǒng)的總體設計方案，實現(xiàn)高超聲速靜風洞運行參數(shù)監(jiān)測和顯示

4、、試驗艙數(shù)據(jù)采集、模型角度機構控制、閥門管路系統(tǒng)控制及安全監(jiān)控系統(tǒng)等功能，實現(xiàn)高超聲速靜風洞試驗時可以選擇試驗臺操作和程序控制兩種運行方式。在測控硬件系統(tǒng)中，選用創(chuàng)美工控機，實現(xiàn)風洞與計算機一體化。試驗艙數(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，運動控制卡選用PCI1010卡。靜風洞測控系統(tǒng)軟件采用LabWindows/CV

5、I2009開發(fā)。
　　本文在完成高超聲速靜風洞測控系統(tǒng)硬件設計、軟件設計的基礎上，對測控系統(tǒng)主程序、閥門控制程序、角度機構控制、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、系統(tǒng)幫助五大部分的實現(xiàn)進行描述，重點介紹了各函數(shù)功能。
　　在完成高超聲速靜風洞結構設計和測控系統(tǒng)設計的基礎上，對靜風洞測控系統(tǒng)進行調(diào)試。首先對測控程序進行靜態(tài)測試和動態(tài)測試，測試結果表明：系統(tǒng)線路和邏輯關系正確，測控軟件控制流程正確，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。然后通過本文設計的壓力傳感器、溫度傳

6、感器和流場校測架對風洞進行流場校測，得到了試驗段均勻區(qū)馬赫數(shù)分布，同時對比紋影結果，表明風洞馬赫數(shù)、壓力、溫度等參數(shù)達到設計指標，流場校測結果表明風洞流場達到設計指標。最后通過脈動壓力傳感器等相關測試技術對靜風洞運行流場進行脈動壓力測量，流場壓力脈動為0.1%。調(diào)試結果表明Φ300mm高超聲速靜風洞各項指標均達到設計要求，形成高超聲速靜風洞條件下低湍流度下的邊界層轉(zhuǎn)捩流動顯示、速度場、密度場實驗，粗糙度效應、噪聲效應研究等試驗能力。