一种暂冲式高速风洞连续变迎角测压试验数据采集方法与流程

1.本发明涉及属于空气动力学风洞试验技术领域，具体涉及暂冲式高速风洞连续变迎角测压试验的数据采集方法。


背景技术：

2.测压试验是飞行器气动力测量的一种重要手段，不仅可以获取飞行器及其部件的压力分布和气动载荷，还可用于确定最小压力点位置、激波位置、流动分离，为飞行器及其部件的结构强度计算、气动特性分析、绕流特性研究提供依据。常用测压试验是在被测模型表面布置测压孔，通过测压管路连接到测压系统中，采用阶梯变迎角运行、顿点采集的方式进行压力测量，一次测压试验只能获取试验模型迎角间隔稀疏（通常迎角间隔：2
°
～5
°
）的几个迎角点的压力数据。连续变迎角测压试验是在模型迎角在所需的迎角运行范围内连续匀速运动时，连续高速的采集飞行器模型表面压力和相应的流场及模型姿态信息，以获取试验模型在所需的迎角运行范围内近似连续的压力随迎角变化是曲线规律。试验中数据采集分别由vxi/pxi数据采集系统采集风洞流场及模型姿态信息、单台或多台测压系统同步采集模型表面压力。由于vxi/pxi数据采集系统与多种类型、多台套的测压系统各自独立，难以实现同步同频采集，再加上网络信号传输延迟的不确定性，软件设置采样频率的不精准性，因此在连续变迎角测压试验中，vxi/pxi数据采集系统采集的风洞流场及模型姿态角数据与测压系统采集的模型表面压力数据很难实精确的同步。这种随机性的不同步为后续的数据处理与分析带来较大的困难和误差，难以满足连续变迎角测压的需求。


技术实现要素：

3.本发明的目的在现有技术的基础上进行改进，实现对于风洞试验中不同类型的多台套采集系统高精度的同步采集。
4.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种暂冲式高速风洞连续变迎角测压试验数据采集方法，其连续变迎角测压试验数据采集系统由一台程控同步触发器、一台支持外部触发且采样率最少可达到200hz的vxi/pxi数据采集系统、一台或多台支持外部触发且采样率最少可达到100hz的测压系统、以及vxi/pxi数据采集系统上位机和测压系统上位机组成，程控同步触发器具有下列功能：可接收程控指令控制各触发通道脉冲的产生和停止；每个触发通道可独立设置不同的触发方波频率、方波形状和启动延迟时间；同步触发器的时钟精准度达到0.01ms。
5.采集方法具体包括以下步骤：s1：风洞试验前，根据试验需要的采样率和各采集系统外部触发方式设置同步触发器各输出通道不同的触发方波频率、方波形状和延迟时间等参数。其中设置的触发方波频率不能高于所连采集系统的最高采样率。风洞中vxi/pxi数据采集系统常用的采集频率为300hz~500hz，测压设备常用的采集频率为100hz~300hz。
6.s2：风洞试验前，软件设置vxi/pxi数据采集系统的采集参数为：外部硬件触发，每触发一次采集1~21帧求平均值。
7.s3：风洞试验前，软件设置各测压系统的采集参数为：外部硬件触发，每触发一次采集1~5帧求平均值。
8.s4：风洞启动前，各采集系统均处于等待外触发信号状态。
9.s5：风洞启动时，vxi/pxi数据采集系统上位机收到风洞启动信号，立即向同步触发器发送启动连续采集信号；同步触发器各触发通道按照预先设置的触发方波频率、方波形状及延迟时间等参数产生脉冲，触发vxi/pxi数据采集系统、测压系统按照同步触发器方波输出时刻、连接通道的触发方波频率和各采集系统设置的采样方式等启动连续采集。
10.s6：风洞试验连续采集过程中， 各采集系统给各自采集的每行数据添加时间戳，时间戳格式可以是从启动开始的相对时间，也可以是绝对的系统时间。
11.s7：风洞试验中，当vxi/pxi系统上位机和测压系统上位机收到网络发来的模型起始姿态角和终止姿态角到位稳定的信息时，在当前采集的数据帧中标记起始姿态角和终止姿态角。模型姿态角到位稳定的时间需大于1.5秒时间。
12.s8：风洞试验结束后，vxi/pxi数据采集系统上位机向同步触发器发送停止连续采集信号，同步触发器停止输出触发脉冲，各采集系统停止连续采集，并分别保存采集的连续数据。
13.s9：连续变迎角测压试验中流场稳定、迎角从起始姿态角匀速运动到终止姿态角位置采集的试验数据称有效试验数据，设置从模型起/止姿态角标识位置外延200帧~1000帧的数据为有效试验数据。
14.综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：采用硬件同步触发设备触发多台套、多种类型采集系统可有效提高多台套设备采集的同步性，实现数据采集时刻的精准同步，数据采样率的精准控制，有效解决了传统网络命令方式采集启动时刻的不确定性，软件设置采样率的不精准性；风洞启动时刻多套采集系统精确同步采集的连续试验数据，可以获得整个试验过程中所有被测参数随时间变化的所有信息包括波动带宽、频率、各自的相关关系等，为试验数据的全面分析提供翔实的数据支撑。测压系统采集的压力数据与vxi/pxi采集系统采集的流场、姿态角数据中包含的起止姿态位置标识，方便试验过程中状态辨识和处理；模型起始姿态角和终止姿态角到位稳定1.5秒时间和外延200帧~1000帧的有效试验数据段可保证后续进行测压数据与流场数据、模型迎角数据精确同步时的外延拓展取数。
附图说明
15.本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1是暂冲式高速风洞连续变迎角测压试验数据采集系统组成图；图2为暂冲式高速风洞连续变迎角测压试验数据采集方法流程图。
具体实施方式
16.本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥
的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
17.本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
18.如图1 所示，本实施例的暂冲式高速风洞连续变迎角测压试验数据采集系统由1台同步触发器、1台vxi-1413c数据采集系统、4台initium测压系统、1台数据采集系统上位机、1台测压系统上位机组成。vxi-1413c数据采集系统，支持外部触发，最高循环扫描率为100khz，4台initium系统，支持外部触发，最高采样率为1000hz。
19.将同步触发器连接：同步触发器共有8路触发通道，各通道同步精度0.01ms，脉冲频率最高可达5khz；触发通道1 连接vxi-1413c数据采集系统，触发通道2-5分别连接initium测压系统1-4，总共支持2048点压力采集。
20.具体试验步骤如图2所示：s1:风洞试验前，根据vxi-1413c数据采集系统、initium系统外部触发方式和试验需求预设同步触发器各输出通道的触发波频率和延迟时间等参数：设置触发器输出波为矩形方波，幅值为5v,方波宽度为0.5倍周期；触发通道1设置为：触发方波频率为300hz，下降沿触发，延迟时间为0；触发通道2、3、4触发波频率分别设置为150hz，上升沿触发，延迟时间为1.667ms。
21.s2:风洞试验前，软件设置vxi-1413c数据采集系统的采集参数。触发方式为外部下降沿触发，每触发1次，采集7帧，求平均后保存。
22.s3:风洞试验前，软件设置initium测压系统的采集参数。触发方式为外部上升沿触发，每触发1次，采集1帧数据保存。
23.s4:风洞启动前，确认各采集系统均处于等待外触发状态。
24.s5:风洞启动时，当vxi-1413c数据采集系统上位机收到风洞启动的
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cgo”信号时，立即程控同步触发器同步输出各通道触发信号，与之相连接的各采集系统按设定的采集频率和采集方式连续采集试验数据。
25.s6:风洞试验连续采集过程中，各采集系统给各自采集的每行数据添加时间戳，时间戳格式为启动开始的相对时间。
26.s7:风洞试验中，模型在试验需要采集的起止姿态角之间以0.5
°
/s~1
°
/s的速度匀速运行。到位起、止姿态角位置时，稳定2秒；而当vxi-1413c数据采集系统上位机和测压系统上位机收到模型起、止姿态角度到位稳定的信息“acq”时，在当前采集的数据行中作标记，即在标签为stp_id的数据列中，姿态起始角度稳定段标记为“1”，结束姿态角度稳定段标记为“2”，其余标记为“0”。
27.s8:试验结束时，当vxi-1413c数据采集系统上位机收到“end”信号，停止同步触发器输出触发脉冲，各系统停止连续采集，分别保存采集的连续数据。
28.s9:试验结束后，设置起、止姿态角标识位置外延500帧的数据为有效试验数据。
29.本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

技术特征：
1.一种暂冲式高速风洞连续变迎角测压试验数据采集方法，其特征在于包括以下步骤：s1：风洞试验前，设置同步触发器各输出通道各自的触发方波频率、方波形状和延迟时间参数，触发方波频率不高于所连采集系统的最高采样率；s2：风洞试验前，设置数据采集系统的采集参数：采用外部硬件触发，每触发一次采集1~21帧求平均值；s3：风洞试验前，设置各测压系统的采集参数：采用外部硬件触发，每触发一次采集1~5帧求平均值；s4：风洞启动前，各采集系统均处于等待外触发状态；s5：风洞启动时，数据采集系统上位机收到风洞启动信号时，立即向同步触发器发送启动连续采集信号；同步触发器各触发通道按照预先设置的触发方波频率、方波形状及延迟时间参数产生脉冲，数据采集系统、测压系统按照同步触发器方波输出时刻、连接通道的触发方波频率和各采集系统设置的采样方式启动连续采集。s6：风洞试验连续采集过程中，各采集系统上位机给各自采集的每行数据添加时间戳，时间戳格式是从启动开始的相对时间，或者是绝对的系统时间，时间精确到毫秒；s7：风洞试验中，当数据采集系统上位机和测压系统上位机收到网络发来的模型起始姿态角和终止姿态角到位稳定的信息时，在当前采集的数据帧中标记起始姿态角或者终止姿态角；s8：风洞试验结束后数据采集系统上位机向同步触发器发送停止连续采集信号，同步触发器停止输出脉冲，各采集停止连续采集，并分别保存采集的连续数据；s9：在采集到的数据中获取有效试验数据，有效试验数据为流场稳定、迎角从起始姿态角匀速运动到终止姿态角位置并外延200帧~1000帧的数据。2.根据权利要求1所述的一种暂冲式高速风洞连续变迎角测压试验数据采集方法，其特征在于在s1中，风洞中数据采集系统的采集频率为300hz~500hz，测压系统的采集频率为100hz~300hz。3.根据权利要求1所述的一种暂冲式高速风洞连续变迎角测压试验数据采集方法，其特征在于在s1中，模型姿态角到位稳定的时间需大于1.5秒时间。4.根据权利要求1所述的一种暂冲式高速风洞连续变迎角测压试验数据采集方法，其特征在于在s9中，取有效试验数据时从模型起止姿态位置标识位置外延200帧~1000帧的数据。

技术总结
本发明公开了一种暂冲式高速风洞连续变迎角测压试验数据采集方法，连续变迎角测压试验数据采集系统由一台程控同步触发器、一台支持外部触发且采样率最少可达到200Hz的VXI/PXI数据采集系统、一台或多台支持外部触发且采样率最少可达到100Hz测压系统、以及VXI/PXI数据采集系统上位机和测压系统上位机组成；采用多路同步硬件触发设备，实现多台套、多种类型采集系统精准同步采集，有效解决了传统网络命令方式下多采集系统启动不同步，各采集系统软件设置采样率不精准的问题。软件设置采样率不精准的问题。软件设置采样率不精准的问题。


技术研发人员：赵莉 张林 蒋鸿 李平 谢艳 刘刚 许新 杨振华 尹刚 韩俐羽 石宇 覃源远 林涵融 曹雨晴 黄伟豪 林鸿浩 何健
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/8/13