基于LabWindows-CVI的高超聲速靜風(fēng)洞測控系統(tǒng)的設(shè)計與應(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，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(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的需求。本文設(shè)計了我國第一座Φ300mm高超聲速靜風(fēng)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(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(fēng)洞的測控系統(tǒng)。
　　本文提出Φ300mm高超聲速靜風(fēng)洞的總體設(shè)計方案，并對高超聲速靜風(fēng)洞測控系統(tǒng)功能進行分析。確定高超聲速靜風(fēng)洞的基本氣動參數(shù)設(shè)計指標(biāo)為：設(shè)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(fēng)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(fēng)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(shè)計界面，以及利用LabWindows/CVI進行軟件開發(fā)的步驟。
　　總結(jié)國內(nèi)外風(fēng)洞測控系統(tǒng)發(fā)展的經(jīng)驗和成果，結(jié)合靜風(fēng)洞的一些重要特點和設(shè)計要求，本文提出基于LabWindows/CVI的Φ300mm高超聲速靜風(fēng)洞測量和控制系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，實現(xiàn)高超聲速靜風(fēng)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(gòu)控制、閥門管路系統(tǒng)控制及安全監(jiān)控系統(tǒng)等功能，實現(xiàn)高超聲速靜風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)洞測控系統(tǒng)硬件設(shè)計、軟件設(shè)計的基礎(chǔ)上，對測控系統(tǒng)主程序、閥門控制程序、角度機構(gòu)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(fēng)洞結(jié)構(gòu)設(shè)計和測控系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，對靜風(fēng)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(jié)果表明：系統(tǒng)線路和邏輯關(guān)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(shè)計的壓力傳感器、溫度傳

6、感器和流場校測架對風(fēng)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(jié)果，表明風(fēng)洞馬赫數(shù)、壓力、溫度等參數(shù)達(dá)到設(shè)計指標(biāo)，流場校測結(jié)果表明風(fēng)洞流場達(dá)到設(shè)計指標(biāo)。最后通過脈動壓力傳感器等相關(guān)測試技術(shù)對靜風(fēng)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(jié)果表明Φ300mm高超聲速靜風(fēng)洞各項指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求，形成高超聲速靜風(fēng)洞條件下低湍流度下的邊界層轉(zhuǎn)捩流動顯示、速度場、密度場實驗，粗糙度效應(yīng)、噪聲效應(yīng)研究等試驗?zāi)芰Α?b