一种组合式高焓风洞多路高压供气控制系统及方法与流程

1.本发明涉及一种组合式高焓风洞多路高压供气控制系统，属于风洞运行控制领域。


背景技术：

2.组合式高焓风洞运行方式主要包括两种，一种是高压充气驱动和破膜放气的激波管运行模式，该模式下，首先对风洞高压驱动段和双膜段充气至预设压力，通过放气装置迅速排空双膜段内空气，上下游压差会导致双膜段膜片破裂，风洞开始运行。另一种是充气加热破膜放气的路德维希管运行模式，该模式下，首先对驱动段、加热段和双膜段充气至预设压力，将加热段加热至预设温度，打开隔离阀，双膜段迅速放气后风洞开始运行。两种运行模式都需要精确控制高压供气压力，提供风洞驱动压力，操作难度大，容易影响风洞驱动压力控制精度。
3.因此，亟需提出一种新型的组合式高焓风洞多路高压供气控制系统，以解决上述技术问题。


技术实现要素：

4.本发明研发目的是为了解决实现对于不同工况的风洞运行进行控制，提高风洞驱动压力控制精度，进而提升风洞试验效率和试验数据品质的问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。
5.本发明的技术方案：方案一、一种组合式高焓风洞多路高压供气控制系统，包括第一高压供气支路、第二高压供气支路、第三高压供气支路、第一总管路、高压段、高压双模段、低压段、加热段、低压双膜段、第二总管路和高压罐，第一高压供气支路和第二高压供气支路二者的左右两端分别与总管路调压阀和高压罐连接；第三高压供气支路上从左至右依次安装有第一条支路辅截止阀、第一条支路压力表、第一条支路减压阀和第一条支路主截止阀，第二高压供气支路上从右至左依次安装有第二条支路主截止阀、第二条支路减压阀、第二条支路压力表和第二条支路辅截止阀，第一高压供气支路的左端与总管路调压阀连接，第一高压供气支路的右端与位于第二条支路减压阀左侧的第二高压供气支路连通，第一高压供气支路上从右至左依次安装有第三条支路主截止阀、第三条支路减压阀、第三条支路压力表和第三条支路辅截止阀，第一总管路一端通过总管路截止阀与总管路调压阀建立连接；第一总管路另一端安装有高压段供气快速截止阀、高压双膜段供气快速截止阀、低压段供气快速截止阀、加热段供气快速截止阀和低压双膜段供气快速截止阀，高压段供气快速截止阀与高压段连接，高压双膜段供气快速截止阀与高压双模段连接，低压段供气
快速截止阀与低压段连接，加热段供气快速截止阀与加热段连接，低压双膜段供气快速截止阀与低压双膜段连接，高压段通过高压段排气快速截止阀与第二总管路连通，高压双模段通过高压双膜段排气快速截止阀与第二总管路连通，低压段通过低压段排气快速截止阀30与第二总管路连通，加热段通过加热段排气快速截止阀与第二总管路连通，低压双膜段通过低压双膜段排气快速截止阀与第二总管路连通。
6.优选的：所述第一条支路辅截止阀和第一条支路压力表之间的第三高压供气支路上安装有第一条支路安全阀，所述第二条支路压力表和第二条支路辅截止阀之间的第二高压供气支路上安装有第二条支路安全阀，所述第三条支路压力表和第三条支路辅截止阀之间的第一高压供气支路上安装有第三条支路安全阀。
7.优选的：所述高压罐上设置有高压罐三通阀、压力表和排污阀。
8.优选的：所述高压段上安装有高压段压力传感器，所述高压双模段上安装有高压双膜段压力传感器，所述低压段上安装有低压段压力传感器，所述加热段上安装有加热段压力传感器，所述低压双膜段上安装有低压双膜段压力传感器。
9.方案二、一种组合式高焓风洞多路高压供气控制方法，是基于方案一所述的一种组合式高焓风洞多路高压供气控制系统实现的，包括：步骤1，在激波风洞模态下，对高压段和高压双膜段进行打压充气，具体地：步骤1.1，设定高压罐的初始压力值，预设高压段的目标压力值和高压双膜段的目标压力值，选择第二高压供气支路给风洞供气；步骤1.2，打开第二高压供气支路上的第二条支路主截止阀，设置第二条支路减压阀的阀后压力值，打开第二条支路辅截止阀，打开总管路截止阀，打开高压段供气快速截止阀和高压双膜段供气快速截止阀，其余所有阀门处于关闭状态；步骤1.3，设置高压双膜段供气压力值作为总管路调压阀的pid目标值，打开总管路调压阀开始供气，当高压双膜段达到高压双膜段的目标压力时，通过高压双膜段压力传感器反馈得到高压双膜段的实时压力值与高压双膜段的目标压力相同，自动关闭高压双膜段的高压双膜段供气快速截止阀，此时设置高压段的目标压力值作为总管路调压阀的pid目标值；步骤1.4，继续向高压段打气，当高压段达到高压段的目标压力时，通过高压段压力传感器反馈得到高压段的实时压力值与高压段的目标压力相同，自动关闭高压段供气快速截止阀，此时，打开高压双膜段排气快速截止阀，利用压差造成破膜后，风洞启动运行；步骤2，路德维希管模态下，对低压双膜段与加热段进行打压充气，且压力值相同，具体地：步骤2.1，设定高压罐的初始压力值，预设低压双膜段的目标压力值和加热段的目标压力值，选择第三高压供气支路给风洞供气；步骤2.2，打开第三高压供气支路上的第二条支路主截止阀，设置第二条支路减压阀的阀后压力值，打开第三条支路主截止阀，设置第三条支路减压阀的阀后压力值，打开加热段供气快速截止阀和低压双膜段供气快速截止阀，其余所有阀门处于关闭状态；步骤2.3，设置低压双膜段和加热段二者相同的供气压力值作为总管路调压阀的pid目标值，打开总管路调压阀开始供气，当低压双膜段达到低压双膜段的目标压力时，通过低压双膜段压力传感器反馈得到低压双膜段的实时压力值与低压双膜段的目标压力相
同，自动关闭低压双膜段供气快速截止阀，通过加热段压力传感器反馈得到加热段的实时压力值与低压双膜段的目标压力相同，自动关闭加热段供气快速截止阀；步骤2.4，对加热段进行加热，使加热段内气体温度升高、压力增大，利用压差破膜后，风洞启动运行。
10.优选的：所述高压罐的初始压力值为350bar，第一高压供气支路的供气压力调节范围为100bar-200bar，第二高压供气支路的供气压力调节范围为10 bar
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100 bar，第三高压供气支路的供气压力调节范围为0 bar-10 bar。
11.优选的：所述高压罐的初始压力值为350bar，第一高压供气支路的供气压力调节范围为100bar-200bar，第二高压供气支路的供气压力调节范围为10 bar
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100 bar，第三高压供气支路的供气压力调节范围为0-10 bar。
12.本发明具有以下有益效果：1.本发明针对组合式高焓风洞的运行模式，设计一种组合式高焓风洞多路高压供气控制方法，通过合理设置减压回路、利用双执行机构的组合控制方式，实现不同工况的风洞运行控制，提高了风洞驱动压力控制精度，进而提升了风洞试验效率和试验数据品质。
13.2.本发明每次风洞运行时，根据风洞运行工况，选择其中一条供气支路为风洞供气，其余支路阀门全部关闭，当选定供气支路并开始供气时，设置目标压力值作为调节阀的pid控制目标值，控制调节阀开度，通过布置在各风洞部段上的压力传感器反馈压力值，当供气压力达到目标值时，自动关闭管体供气口快速截止阀，实现供气压力精确控制；3.本发明使用高压球罐、减压阀、截止阀、调节阀、传感器等设备，优化设计一组多路高压供气管路，通过双执行机构的组合控制方式，该组供气管路可实现0-200bar的可调压力供气，控制精度可达到0.1%。
附图说明
14.图1是一种组合式高焓风洞多路高压供气控制系统的结构示意图；图中1-1-第一高压供气支路，1-2-第二高压供气支路，1-3-第三高压供气支路，1-4-第一总管路，1-5-高压段，1-6-高压双模段，1-7-低压段，1-8-加热段，1-9-低压双膜段，1-10-第二总管路，1-高压罐，2-高压罐三通阀，3-压力表，4-排污阀，5-第三条支路主截止阀，6-第三条支路减压阀，7-第三条支路压力表，8-第三条支路安全阀，9-第三条支路辅截止阀，10-第二条支路主截止阀，11-第二条支路减压阀，12-第二条支路压力表，13-第二条支路安全阀，14-第二条支路辅截止阀，15-第一条支路辅截止阀，16-第一条支路安全阀，17-第一条支路压力表，18-第一条支路减压阀，19-第一条支路主截止阀，20-总管路调压阀，21-总管路截止阀，22-高压段供气快速截止阀，23-高压段排气快速截止阀，24-高压段压力传感器，25-高压双膜段供气快速截止阀，26-高压双膜段排气快速截止阀，27-高压双膜段压力传感器，28-低压段供气快速截止阀，29-低压段压力传感器，30-低压段排气快速截止阀，31-加热段供气快速截止阀，32-加热段排气快速截止阀，33-加热段压力传感器，34-低压双膜段压力传感器，35-低压双膜段供气快速截止阀，36-低压双膜段排气快速截止阀。
具体实施方式
15.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
16.本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。
17.具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的一种组合式高焓风洞多路高压供气控制系统，优化设计一组多路高压供气管路，通过双执行机构的组合控制方式，该组供气管路可实现0-200bar的可调压力供气，控制精度可达到0.1%，具体包括第一高压供气支路1-1、第二高压供气支路1-2、第三高压供气支路1-3、第一总管路1-4、高压段1-5、高压双模段1-6、低压段1-7、加热段1-8、低压双膜段1-9、第二总管路1-10和高压罐1，第一高压供气支路1-1、第二高压供气支路1-2和第三高压供气支路1-3构成风洞高压供气管路组，各支路出口汇聚成第一总管路1-4，第一总管路1-4上布置一个总管路调压阀20和一个总管路截止阀21；所述高压罐1的初始压力值为350bar，第一高压供气支路1-1的供气压力调节范围为100bar-200bar，第二高压供气支路1-2的供气压力调节范围为10 bar
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100 bar，第三高压供气支路1-3的供气压力调节范围为0-10 bar。
18.第一总管路1-4总管路延风洞管体布置，风洞共设有5处供气口和5处排气口，分别位于高压段1-5、高压双模段1-6、低压段1-7、加热段1-8和低压双膜段1-9，高压段1-5的排气口通过高压段排气快速截止阀23与第二总管路1-10连通，高压双模段1-6的排气口通过高压双膜段排气快速截止阀26与第二总管路1-10连通，低压段1-7的排气口通过低压段排气快速截止阀30与第二总管路1-10连通，加热段1-8的排气口通过加热段排气快速截止阀32与第二总管路1-10连通，低压双膜段1-9的排气口通过低压双膜段排气快速截止阀36与第二总管路1-10连通，第二总管路1-10与大气连通。
19.第三高压供气支路1-3上从左至右依次安装有第一条支路辅截止阀15、第一条支路压力表17、第一条支路减压阀18和第一条支路主截止阀19，第二高压供气支路1-2上从右至左依次安装有第二条支路主截止阀10、第二条支路减压阀11、第二条支路压力表12和第二条支路辅截止阀14，第一高压供气支路1-1的左端与总管路调压阀20连接，第一高压供气支路1-1的右端与位于第二条支路减压阀11左侧的第二高压供气支路1-2连通，第一高压供气支路1-1上从右至左依次安装有第三条支路主截止阀5、第三条支路减压阀6、第三条支路压力表7和第三条支路辅截止阀9；第一总管路1-4一端通过总管路截止阀21与总管路调压阀20建立连接；第一总管路1-4另一端安装有高压段供气快速截止阀22、高压双膜段供气快速截止阀25、低压段供气快速截止阀28、加热段供气快速截止阀31和低压双膜段供气快速截止阀35，高压段供气快速截止阀22与高压段1-5的供气口连接，高压双膜段供气快速截止阀25
与高压双模段1-6的供气口连接，低压段供气快速截止阀28与低压段1-7的供气口连接，加热段供气快速截止阀31与加热段1-8的供气口连接，低压双膜段供气快速截止阀35与低压双膜段1-9的供气口连接；所述第一条支路辅截止阀15和第一条支路压力表17之间的第三高压供气支路1-3上安装有第一条支路安全阀16，所述第二条支路压力表12和第二条支路辅截止阀14之间的第二高压供气支路1-2上安装有第二条支路安全阀13，所述第三条支路压力表7和第三条支路辅截止阀9之间的第一高压供气支路1-1上安装有第三条支路安全阀8。
20.所述高压罐1上设置有高压罐三通阀2、压力表3和排污阀4。
21.所述高压段1-5上安装有高压段压力传感器24，所述高压双模段1-6上安装有高压双膜段压力传感器27，所述低压段1-7上安装有低压段压力传感器29，所述加热段1-8上安装有加热段压力传感器33，所述低压双膜段1-9上安装有低压双膜段压力传感器34。
22.每次风洞运行时，根据风洞运行工况，选择第一高压供气支路1-1、第二高压供气支路1-2和第三高压供气支路1-3其中一条供气支路为风洞供气，其余支路阀门全部关闭，当选定供气支路并开始供气时，设置目标压力值作为总管路调压阀20的pid控制目标值，控制调节阀开度，通过布置在各风洞部段上的压力传感器反馈压力值，当供气压力达到目标值时，自动关闭管体供气口快速截止阀，实现供气压力精确控制。
23.具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，基于具体实施方式一，本实施方式的一种组合式高焓风洞多路高压供气控制方法，组合式高焓风洞运行方式主要包括两种，一种是高压充气驱动和破膜放气的激波管运行模式，另一种是充气加热破膜放气的路德维希管运行模式，包括：步骤1，在激波风洞模态下，对高压段1-5和高压双膜段1-6进行打压充气，具体地：步骤1.1，设定高压罐1的初始压力值为350bar，预设高压段1-5的目标压力值为60bar，高压双膜段1-6的目标压力值为30bar，选择第二高压供气支路1-2给风洞供气；步骤1.2，打开第二高压供气支路1-2上的的第二条支路主截止阀10，设置第二条支路减压阀11的阀后压力值为100bar，打开第二条支路辅截止阀14，打开总管路截止阀21，打开高压段供气快速截止阀22和高压双膜段供气快速截止阀25，其余所有阀门处于关闭状态；步骤1.3，设置高压双膜段1-6供气压力值为30bar，同时作为总管路调节阀20的pid目标值，打开总管路调节阀20开始供气，当高压双膜段1-6达到高压双膜段1-6的目标压力时，通过高压双膜段压力传感器27反馈得到高压双膜段1-6的实时压力值与高压双膜段1-6的目标压力相同，自动关闭高压双膜段1-6的高压双膜段供气快速截止阀25，此时设置高压段1-5的目标压力值为60bar，同时作为总管路调节阀20的pid目标值；步骤1.4，继续向高压段1-5打气，当高压段1-5达到高压段1-5的目标压力时，通过高压段压力传感器24反馈得到高压段1-5的实时压力值与高压段1-5的目标压力相同，自动关闭高压段供气快速截止阀22，此时，打开高压双膜段排气快速截止阀26，利用压差造成破膜后，风洞启动运行；其余压力工况下的打压充气及风洞运行过程同上述步骤1.1-步骤1.4；步骤2，路德维希管模态下，对低压双膜段1-9与加热段1-8进行打压充气，且压力值相同，具体地：
步骤2.1，设定高压罐1的初始压力值为350bar，预设低压双膜段1-9的目标压力值和加热段1-8的目标压力值均为5bar，选择第三高压供气支路1-3给风洞供气；步骤2.2，打开第三高压供气支路1-3上的的第二条支路主截止阀10，设置第二条支路减压阀11的阀后压力值为100bar，打开第三条支路主截止阀5，设置第三条支路减压阀6的阀后压力值为10bar，打开加热段供气快速截止阀31和低压双膜段供气快速截止阀35，其余所有阀门处于关闭状态；步骤2.3，设置低压双膜段1-9和加热段1-8二者相同的供气压力值5bar作为总管路调节阀20的pid目标值，打开总管路调节阀20开始供气，当低压双膜段1-9达到低压双膜段1-9的目标压力时，通过低压双膜段压力传感器34反馈得到低压双膜段1-9的实时压力值与低压双膜段1-9的目标压力相同，自动关闭低压双膜段供气快速截止阀35，通过加热段压力传感器33反馈得到加热段1-8的实时压力值与低压双膜段1-8的目标压力相同，自动关闭加热段供气快速截止阀31；步骤2.4，对加热段1-8进行加热，使加热段1-8内气体温度升高、压力增大，利用压差破膜后，风洞启动运行；其余压力工况下的打压充气及风洞运行过程同上述步骤2.1-步骤2.4。
24.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
25.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
26.在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
27.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并
且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
28.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
29.需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。
30.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。