一种发动机流量计的标定方法

摘要

本发明提供了一种发动机流量计的标定方法，属于流量测量技术领域。其步骤如下：一、建立与使用环境一样的标定条件，二、建立发动机流量测量系统，三、利用槽道式流量计获得标准的发动机流量，四、发动机流量计标定数据处理，五、发动机流量计标定系统不确定度分析。本发明可以解决发动机流量计的标定问题，给出标定系数及不确定度。主要用于发动机流量计的标定。

主权项

一种发动机流量计的标定方法，其步骤如下一、建立与使用环境相同的标定条件发动机一般工作在来流总温1000K以上的使用环境，故利用风洞来建立与使用环境相同的标定条件，该风洞采用氢气和富氧空气燃烧加热来得到所需的试验来流，试验来流的模拟参数包括：总温、总压及马赫数，确定富氧管配气参数和富氧喉道直径、挤压供氢压力和氢气喉道直径及喷管，即可确定试验来流的条件参数；二、建立发动机流量测量系统将两个槽道式流量计分别放置于富氧空气喉道及氢气喉道的下游来测量富氧空气及氢气的流量，两者之和就是总的来流流量；发动机流量计则放置于燃烧加热器下游，在流量计出口的测量截面测量总压、总温及静压；三、利用槽道式流量计获得标准的发动机流量四、发动机流量计标定数据处理a.计算测量截面的热力学参数计算方法为：$\frac{C_{pi}}{R}=A_1+A_{2}T+A_3{T}^2+A_4{T}^3+A_5{T}^4---\left(1\right)$$C_p=\underset{i=1}{\overset{s}{\Sigma }}{Y}_i{C}_{pi}---\left(2\right)$$s_i\left(T_1\right)-s_i\left(T_2\right)={\int }_{T_1}^{T_2}\frac{C_{pi}dT}{T}---\left(3\right)$S(T₀)‑Rln(P₀)＝S(T)‑Rln(P)                           (4)$\gamma =\frac{C_p}{C_p-R}---\left(5\right)$$\frac{h_i}{RT}=A_1+\frac{A_{2}T}{2}+\frac{A_3{T}^2}{3}+\frac{A_4{T}^3}{4}+\frac{A_5{T}^4}{5}+\frac{A_6}{T}---\left(6\right)$$h=\underset{i=1}{\overset{s}{\Sigma }}{Y}_i{h}_i---\left(7\right)$h(T₀)＝h(T)+u²/2                                  (8)$u=Ma\times \sqrt{\gamma RT}---\left(9\right)$式中：C_p为定压比热(J/kg·K)，T为静温(K)，T₀为总温(K)，s为熵(J/kg·K)，P为静压(Pa)，P₀为总压(Pa)，h为焓(J/kg)，u为流速(m/s)，Ma为马赫数，Y为气体质量组份；由式(1)、(2)、(3)及(4)迭代即可求出测量截面静温T，由(5)可求得γ，由(6)，(7)可求得h(T₀)及h(T)，由(8)可求得流速u，由(9)可求得Ma；b.利用发动机流量计测量气体流量进入发动机流量计的气体流量由安装在音速喷嘴后部的八个总压耙测得，八个总压耙上共装有40个总压管，这40个总压管将音速喷嘴出口截面积平均分为40等份，由式(10)分别计算每一份的流量，最后由式(11)计算总的流量；${\mathrm{\Delta m}}_i=K_2\frac{p_i^{*}}{\sqrt{T_0}}\Delta Aq{\left(Ma\right)}_i---\left(10\right)$$m=\underset{i=1}{\overset{40}{\Sigma }}{\mathrm{\Delta m}}_i---\left(11\right)$式中：p_i为第i个总压管前总压(Pa)，ΔA为音速喷嘴出口截面积的1/40(m²)，q(Ma)为ΔA面积内的流量函数；c.计算发动机流量计流量系数测得了槽道流量计的流量及待标定发动机流量计的流量之后，可以通过式(12)计算发动机流量计的流量系数，q_m＝K₃·m                                    (12)式中：K₃为发动机流量计流量系数；五、发动机流量计标定系统不确定度分析a.不确定度分析的数学模型对于数学模型，被测量Y的最佳估计值y，在通过输入量X₁，X₂，…，X_N的估计值x₁，x₂，…，x_N得出时，可有以下方法：式中：它是独立观测值x_ik的算术平均值，在X_i＝x_i时，定义灵敏系数为：在流量计量中常使用相对不确定度，此时采用相对灵敏系数c_ri，它定义为：当全部数量是彼此独立或互不相关时，合成标准不确定度由式(14)和由式(15)得到：$u_c^2\left(y\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{u}_i^2\left(y\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{c}_i^2{u}^2\left(x_i\right)---\left(14\right)$$u_{cr}^2\left(y\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{u}_{ri}^2\left(y\right)=\underset{i=1}{\overset{N}{\Sigma }}{c}_{ri}^2{u}_r^2\left(x_i\right)---\left(15\right)$b.确定发动机流量计标定系统的合成不确定度发动机流量计标定系统可能输入不确定度的装置有槽道流量计、压力传感器、总温传感器及音速喷嘴，输入各个装置的不确定度即可以根据式(14)及式(15)计算系统的合成不确定度。