0.6m連續(xù)式風(fēng)洞調(diào)試運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)研究

熊 波，周恩民，程 松，張 文，劉 愷，羅新福

0.6m連續(xù)式風(fēng)洞調(diào)試運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)研究

熊 波＊，周恩民，程 松，張 文，劉 愷，羅新福

（中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心高速空氣動(dòng)力研究所，四川綿陽 621000）

為了降低大型連續(xù)式風(fēng)洞建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，在0.6m連續(xù)式風(fēng)洞中開展了壓縮機(jī)防喘振控制、轉(zhuǎn)速控制、馬赫數(shù)控制等調(diào)試運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)研究。本研究采用壓力波動(dòng)法準(zhǔn)確測量出了壓縮機(jī)的喘振邊界，通過設(shè)置合理的報(bào)警線和防喘振線，保證了壓縮機(jī)的安全；采用矢量控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)速的精確控制，控制精度達(dá)到0.03%的設(shè)計(jì)要求；采用壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、駐抽流量以及中心體開度與馬赫數(shù)的函數(shù)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了馬赫數(shù)的精確控制，控制精度達(dá)到了0.002的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。通過研究各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)了該風(fēng)洞定總壓、定馬赫數(shù)的運(yùn)行方式，該風(fēng)洞具有優(yōu)良的流場品質(zhì)，是開展基礎(chǔ)研究平臺建設(shè)和大型連續(xù)式風(fēng)洞引導(dǎo)性研究的理想平臺。

連續(xù)式風(fēng)洞；調(diào)試；壓縮機(jī)；流場；控制精度

0 引 言

0.6 m×0.6m連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞（簡稱0.6m連續(xù)式風(fēng)洞）是中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心高速空氣動(dòng)力研究所新建成的一座連續(xù)式風(fēng)洞，主要用于對大型連續(xù)式風(fēng)洞設(shè)計(jì)、建設(shè)和調(diào)試中的若干關(guān)鍵技術(shù)［1］進(jìn)行預(yù)研和驗(yàn)證。

國際上，歐美等發(fā)達(dá)國家連續(xù)式風(fēng)洞建設(shè)起步早，美國于1941年建成了4.7m的大型連續(xù)式高速風(fēng)洞，英國于1942年建成了1.8m×2.4m的連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞［2］。而國內(nèi)由于受到經(jīng)費(fèi)、制造和加工水平限制以及發(fā)達(dá)國家的技術(shù)封鎖，連續(xù)式風(fēng)洞建設(shè)起步晚。西北工業(yè)大學(xué)于2003年建成了國內(nèi)第一座連續(xù)式跨聲速風(fēng)洞。開展了軸流式壓縮機(jī)的喘振邊界線測試［3－6］，在連續(xù)式風(fēng)洞設(shè)計(jì)與調(diào)試方面作了一定開創(chuàng)性的工作，但調(diào)試過程中也暴露出了一些問題和不足。目前國內(nèi)在暫沖式跨聲速風(fēng)洞設(shè)計(jì)、建設(shè)和使用等方面技術(shù)成熟、經(jīng)驗(yàn)豐富，已經(jīng)建成了2m量級具有國際一流水平的大型跨超聲速風(fēng)洞（2.4m跨聲速風(fēng)洞和2m超聲速風(fēng)洞），但同暫沖式風(fēng)洞相比，連續(xù)式風(fēng)洞不僅在驅(qū)動(dòng)形式和運(yùn)行原理上不同，而且在風(fēng)洞的調(diào)試內(nèi)容、調(diào)試方法和關(guān)鍵技術(shù)等方面也有諸多差異，因此在連續(xù)式風(fēng)洞設(shè)計(jì)、建設(shè)及調(diào)試方面可借鑒的文獻(xiàn)和經(jīng)驗(yàn)很少。

為了了解和掌握軸流式壓縮機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)及安全運(yùn)行邊界以及實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速和馬赫數(shù)的精確控制，在風(fēng)洞調(diào)試運(yùn)行中開展壓縮機(jī)防喘振控制和轉(zhuǎn)速控制以及馬赫數(shù)多變量控制關(guān)鍵技術(shù)研究，并給出具體的應(yīng)用效果。

1 風(fēng)洞介紹

0.6 m連續(xù)式風(fēng)洞結(jié)構(gòu)輪廓圖如圖1所示。試驗(yàn)段截面尺寸：0.6m×0.6m；風(fēng)洞運(yùn)行總壓：p0＝（0.15～2.5）×105Pa；總溫：T0＝（280～323）K；馬赫數(shù)：Ma＝0.2～1.6；Re數(shù)范圍：Rec＝（0.1～2.25）×106（c＝0.06m）。

圖1 0.6m連續(xù)式風(fēng)洞輪廓圖Fig.1 Sketch of the 0.6mcontinuous wind tunnel

該風(fēng)洞配置了主、輔2套壓縮機(jī)，其中主壓縮機(jī)為靜葉可調(diào)的AV90－3型三級軸流壓縮機(jī)，輔壓縮機(jī)為E71－3型離心壓縮機(jī)，用于駐抽試驗(yàn)工況，與主壓縮機(jī)配套使用輔助建立跨聲速和低超聲速流場。

2 控制方法研究

2.1壓縮機(jī)防喘振控制

目前，國內(nèi)壓縮機(jī)主要應(yīng)用于大型鋼鐵、石油和化工等行業(yè)。該行業(yè)壓縮機(jī)具有運(yùn)行工況單一、轉(zhuǎn)速變化范圍小、工況范圍窄和遠(yuǎn)離喘振點(diǎn)的特點(diǎn)。而對于連續(xù)式風(fēng)洞這一特殊的管網(wǎng)系統(tǒng)，風(fēng)洞流量大小由壓縮機(jī)能提供的壓比確定，風(fēng)洞與壓縮機(jī)二者形成閉環(huán)回路，整個(gè)系統(tǒng)的工作是一個(gè)相互耦合、作用的過程［7］，且壓縮機(jī)具有運(yùn)行工況點(diǎn)多，轉(zhuǎn)速、壓比和流量變化范圍廣，部分運(yùn)行工況點(diǎn)靠近喘振邊界線，同時(shí)由于壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、馬赫數(shù)和模型姿態(tài)角等變量的劇烈變化，將嚴(yán)重影響整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的阻尼特性，極易誘發(fā)壓縮機(jī)喘振，因此連續(xù)式風(fēng)洞壓縮機(jī)防喘振難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般工業(yè)應(yīng)用的壓縮機(jī)。

2.1.1喘振邊界測定

在0.6m連續(xù)式風(fēng)洞中，通過控制中心體二喉道流通面積，減小壓縮機(jī)進(jìn)氣體積流量，對壓縮機(jī)進(jìn)行“逼喘”。在“逼喘”過程中分別在壓縮機(jī)出／入口通過精密壓力表實(shí)時(shí)測量壓力波動(dòng)，通過“壓力波動(dòng)法”［8］準(zhǔn)確測量壓縮機(jī)喘振邊界。圖2給出了具體的試驗(yàn)結(jié)果。

2.1.2防喘振控制

為了保證壓縮機(jī)的安全運(yùn)行，根據(jù)壓縮機(jī)廠家的經(jīng)驗(yàn)，需要設(shè)置合理防喘振線ε1＝f1（Q）和防喘報(bào)警線ε2＝f2（Q）。通常在實(shí)測喘振點(diǎn)的基礎(chǔ)上保持壓比不變，將體積流量增大3%～5%作為防喘振線，體積流量增大6%～10%作為防喘振報(bào)警線。而在連續(xù)式風(fēng)洞中，由于壓縮機(jī)使用經(jīng)驗(yàn)少，運(yùn)行工況復(fù)雜、多變，因此對喘振裕度的控制更加保守，結(jié)合風(fēng)洞實(shí)際調(diào)試情況，并滿足風(fēng)洞試驗(yàn)運(yùn)行工況要求，將體積流量分別增大6%和12%作為壓縮機(jī)的防喘振線ε1＝f1（Q）和防喘報(bào)警線ε2＝f2（Q）。

圖3給出了該風(fēng)洞軸流式壓縮機(jī)實(shí)測喘振線、防喘振線、防喘振報(bào)警線以及各馬赫數(shù)運(yùn)行工況點(diǎn)的分布。

試驗(yàn)中，實(shí)時(shí)監(jiān)控壓縮機(jī)運(yùn)行壓比ε與對應(yīng)體積流量下的喘振報(bào)警壓比ε1和防喘振壓比ε2。如果ε＜ε1，機(jī)組運(yùn)行安全；如果ε1≤ε＜ε2，控制程序自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息，但壓縮機(jī)可以安全運(yùn)行；如果ε≥ε2，觸發(fā)防喘振控制，迅速打開防喘振閥或緊急停機(jī)，使壓縮機(jī)遠(yuǎn)離喘振區(qū)?？刂七壿嬋鐖D4所示。

圖3 防喘振曲線設(shè)置（θ＝66°）Fig.3 Anti－surge curve setting（θ＝66°）

圖4 防喘振控制邏輯框圖Fig.4 Anti－surge control logic

2.2控制策略研究

2.2.1壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速控制

壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的精確控制是連續(xù)式風(fēng)洞馬赫數(shù)精確控制的基礎(chǔ)。為達(dá)到風(fēng)洞馬赫數(shù)控制精度優(yōu)于0.001～0.002的指標(biāo)要求，風(fēng)洞總體設(shè)計(jì)要求主壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速控制精度≤0.03%。

設(shè)計(jì)上，為了實(shí)現(xiàn)2臺電機(jī)同步拖動(dòng)的穩(wěn)定運(yùn)行和精確調(diào)速，研制了一套變頻器調(diào)速系統(tǒng)。采用矢量控制技術(shù)，通過等效變換仿照直流電動(dòng)機(jī)的控制方式，將異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量分解為勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，經(jīng)電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)，達(dá)到控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的目的，獲得媲美直流調(diào)速的動(dòng)態(tài)性能；由完全獨(dú)立的2臺變頻器通過主、從機(jī)同步通訊，實(shí)時(shí)保持給定參數(shù)、控制參數(shù)、啟停動(dòng)作的一致性，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速同步、功率平衡。電流、轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)矢量控制拓?fù)鋱D如圖5所示。

調(diào)試中，為了實(shí)現(xiàn)矢量控制和同步控制功能，采取改變工況和開／閉環(huán)控制模式、優(yōu)化轉(zhuǎn)速采集方式、在線監(jiān)測和比對運(yùn)行數(shù)據(jù)等方法，通過變頻器功能參數(shù)、控制參數(shù)以及電機(jī)參數(shù)的解耦，得出相關(guān)參數(shù)對矢量控制等效變換和變頻器PID參數(shù)的影響關(guān)系，優(yōu)化變頻器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了同步、精確調(diào)速。

圖5 矢量控制拓?fù)鋱DFig.5 The vector control topology

由于目前現(xiàn)有轉(zhuǎn)速測量裝置無法滿足連續(xù)式風(fēng)洞壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速控制精度測量要求，為了考核調(diào)速精度，自主研制了一套轉(zhuǎn)速測量裝置［9］，基于編碼器正交輸出四倍頻原理和M／T測速法原理［9－10］，達(dá)到了0.0034%的測速精度。該裝置兼具測量精度高、測量周期短、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示和導(dǎo)出的特點(diǎn)，能夠可靠實(shí)現(xiàn)編碼器信號的復(fù)制、外接測量，解決了無法額外安裝測速裝置及安全風(fēng)險(xiǎn)問題。測速裝置原理如圖6所示。

圖6 轉(zhuǎn)速控制精度測試原理圖Fig.6 Schematic diagram of the rotation measurement system

試驗(yàn)中選取5個(gè)轉(zhuǎn)速［11－12］作為測試轉(zhuǎn)速。待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，在2min內(nèi)采集轉(zhuǎn)速不少于600次，由公式（1）［11］計(jì)算出轉(zhuǎn)速控制精度。

測量結(jié)果如表1所示，表明主壓縮機(jī)在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)轉(zhuǎn)速控制精度滿足≤0.03%的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

表1 轉(zhuǎn)速控制精度測試結(jié)果Table 1 Test result of the rotation control precision

2.2.2多變量控制策略研究

0.6 m連續(xù)式風(fēng)洞采用定總壓、定馬赫數(shù)的運(yùn)行方式。為了滿足設(shè)計(jì)要求，需要分別對風(fēng)洞總壓和馬赫數(shù)進(jìn)行精確控制。其中總壓控制變量包括：壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)／排氣調(diào)壓閥開度和中心體開度；馬赫數(shù)控制變量包括：壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、總壓、駐抽流量和中心體開度。由于各控制變量相互影響、相互耦合，極大地增加了控制難度。

2.2.2.1 總壓控制策略研究

0.6 m連續(xù)式風(fēng)洞與2.4m暫沖式跨聲速風(fēng)洞相比，總壓控制變量在進(jìn)／排氣調(diào)壓閥控制變量的基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速控制變量，使得0.6m連續(xù)式風(fēng)洞總壓控制更加復(fù)雜。

壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對總壓的影響機(jī)理是在增速過程中提高了壓縮機(jī)的壓比，增大了對風(fēng)洞回路空氣的壓縮能力，而總壓的閉環(huán)控制嚴(yán)重滯后于轉(zhuǎn)速的變化，因此造成了壓縮機(jī)增速過程中總壓急劇增大，且轉(zhuǎn)速變化越劇烈，對總壓的影響越顯著。圖7給出了常壓工況下，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對總壓影響特性曲線。

圖7 轉(zhuǎn)速與總壓特性曲線Fig.7 Curves of rotating speed and stagnation pressure

穩(wěn)轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速只維持風(fēng)洞回路氣流的穩(wěn)定流動(dòng)，不會(huì)對總壓造成二次影響，圖8給出了穩(wěn)轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速對總壓的影響曲線。

圖8 穩(wěn)轉(zhuǎn)速狀態(tài)下，轉(zhuǎn)速與總壓特性曲線Fig.8 Rotating speed and stagnation pressure characteristic curves of steady state

根據(jù)上述特性，為了消除連續(xù)式風(fēng)洞壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對總壓的影響，理想的辦法是使壓縮機(jī)保持穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。即：固定各馬赫數(shù)對應(yīng)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，在該條件下，0.6m連續(xù)式風(fēng)洞總壓的控制可以簡化為閉環(huán)控制進(jìn)／排氣調(diào)壓閥開度，而2.4m暫沖式跨聲速風(fēng)洞總壓控制即采用該控制策略［13］，具有成熟的使用經(jīng)驗(yàn)。因此，0.6m連續(xù)式風(fēng)洞總壓控制策略為：固定進(jìn)氣調(diào)壓閥和各馬赫數(shù)對應(yīng)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，閉環(huán)控制排氣調(diào)壓閥開度，實(shí)現(xiàn)總壓的精確控制。

2.2.2.2 馬赫數(shù)控制策略研究

由于0.6m連續(xù)式風(fēng)洞采用定總壓運(yùn)行方式，因此，馬赫數(shù)控制變量在原控制變量的基礎(chǔ)上減少為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、駐抽流量和中心體開度。為了達(dá)到精確控制馬赫數(shù)的要求，首先要掌握各變量對馬赫數(shù)的影響關(guān)系；其次根據(jù)影響關(guān)系，確定最佳的變量組合，實(shí)現(xiàn)馬赫數(shù)精確控制。

（1）控制變量對馬赫數(shù)影響特性測試

（a）轉(zhuǎn)速與馬赫數(shù)特性測試

圖9給出了聲速噴管時(shí)，主壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速與馬赫數(shù)關(guān)系曲線。由圖可知，Ma≤1時(shí)，馬赫數(shù)與壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速基本呈線性關(guān)系；Ma＞1時(shí)，受到雍塞效應(yīng)的影響，增加轉(zhuǎn)速對提高馬赫數(shù)的貢獻(xiàn)較小。

圖9 轉(zhuǎn)速與馬赫數(shù)特性曲線Fig.9 Curves of rotating speed vs.Mach number

（b）中心體開度與馬赫數(shù)特性測試

圖10給出了不同主壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速下中心體開度與馬赫數(shù)關(guān)系曲線。由圖可知，當(dāng)Ma≤0.6時(shí)，中心體開度對馬赫數(shù)的調(diào)節(jié)能力較弱，而Ma＞0.6時(shí)，則對馬赫數(shù)調(diào)節(jié)較為靈敏。

圖10 中心體開度與馬赫數(shù)特性曲線Fig.10 Curves of Mach number vs.opening of centrosome

（c）駐抽系統(tǒng)與馬赫數(shù)控制特性測試

圖11給出了不同主／輔壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速組合狀態(tài)下，駐抽質(zhì)量流量百分比與馬赫數(shù)的關(guān)系曲線。結(jié)果表明，試驗(yàn)馬赫數(shù)與駐抽流量百分比基本呈線性關(guān)系，只要駐抽流量一定，則馬赫數(shù)與主／輔壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速組合方式無關(guān)。

圖11 駐抽流量與馬赫數(shù)的關(guān)系曲線Fig.11 Curves of mass ratio vs.Mach number

表2給出了Ma＝1.0不同主／輔壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速組合時(shí)，總功率的對比。結(jié)果表明，相同馬赫數(shù)下輔壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速越低，總功率越小。主要是因?yàn)橹鲏嚎s機(jī)為軸流式壓縮機(jī)，流量大、壓比小，而輔壓縮機(jī)為離心式壓縮機(jī)，流量小、壓比高，從駐室內(nèi)抽走相同質(zhì)量的空氣，輔壓縮機(jī)需要耗費(fèi)的功率更大。因此，駐抽試驗(yàn)狀態(tài)時(shí)，宜采用主壓縮機(jī)高轉(zhuǎn)速、輔壓縮機(jī)低轉(zhuǎn)速的組合。

表2 輔壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對能耗的影響Table 2 The effect of the assistant compressor’s rotation on energy consumption

（2）馬赫數(shù)控制策略研究

根據(jù)各控制變量對馬赫數(shù)的影響特性曲線可知，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)是實(shí)現(xiàn)馬赫數(shù)控制的主要變量。但為了實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對總壓的解耦控制，在給定馬赫數(shù)的條件下，只能通過中心體開度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)馬赫的閉環(huán)控制。但當(dāng)Ma＞1.0時(shí)，由于壅塞效應(yīng)的出現(xiàn)，需要通過駐抽系統(tǒng)對駐室靜壓的輔助抽吸來實(shí)現(xiàn)低超聲速范圍氣流的膨脹。因此，Ma＞1.0時(shí)，在此上述馬赫控制的基礎(chǔ)上，還需要增加駐抽系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)Ma＞1.0的馬赫數(shù)控制。

在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)Ma＜0.6時(shí)，中心體對馬赫數(shù)的調(diào)節(jié)能力較弱，調(diào)節(jié)周期較長；而采用壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對馬赫數(shù)調(diào)節(jié)較快，且轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)幅度較小，通過閉環(huán)控制排氣調(diào)壓閥能夠滿足總壓的精確控制要求。因此在該馬赫數(shù)范圍，采用壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)馬赫數(shù)效果更好。

根據(jù)各控制變量對馬赫數(shù)影響特性，并結(jié)合風(fēng)洞試驗(yàn)調(diào)試情況，對馬赫數(shù)采用分段控制策略。具體為：0.2≤Ma≤0.6，采用主壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速控制策略；0.6＜Ma≤1.0，采用固定馬赫數(shù)對應(yīng)的主壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，閉環(huán)控制中心體的控制策略；Ma＞1.0時(shí)，采用固定各馬赫數(shù)對應(yīng)的主、輔壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，閉環(huán)控制中心體的控制策略。

3 調(diào)試結(jié)果

3.1壓縮機(jī)防喘振控制

在0.6m連續(xù)式風(fēng)洞在調(diào)試和運(yùn)行過程中，由于壓縮機(jī)運(yùn)行范圍廣，運(yùn)行工況復(fù)雜、多變，多次出現(xiàn)壓縮機(jī)運(yùn)行工況點(diǎn)觸碰防喘報(bào)警線和防喘振線的情況，防喘控制系統(tǒng)根據(jù)既定控制策略，自動(dòng)實(shí)施了報(bào)警和打開防喘振閥的避喘操作，很好地保護(hù)了壓縮機(jī)的安全。截止目前，壓縮機(jī)已經(jīng)累計(jì)安全運(yùn)行長達(dá)1000余小時(shí)，充分證明該防喘振控制方法是安全和可靠的。

3.2總壓控制

根據(jù)0.6m連續(xù)式風(fēng)洞總壓控制策略，對于給定的馬赫數(shù)，根據(jù)轉(zhuǎn)速與馬赫數(shù)的函數(shù)關(guān)系，計(jì)算出對應(yīng)的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速。在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程，保持進(jìn)氣和排氣調(diào)壓閥開度，待壓縮機(jī)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行后，再投入總壓閉環(huán)控制。圖12給出了具體試驗(yàn)結(jié)果。由圖12可知，采用該控制策略，成功實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對總壓的解耦控制，總壓控制精度優(yōu)于0.2%。

圖12 總壓控制策略試驗(yàn)結(jié)果Fig.12 Results of stagnation pressure control strategy

3.3馬赫數(shù)控制

在固定各馬赫數(shù)對應(yīng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，閉環(huán)控制中心體開度的控制策略的基礎(chǔ)上，按照馬赫數(shù)分段控制策略的方案，實(shí)現(xiàn)了0.6m連續(xù)式風(fēng)洞馬赫數(shù)的精確控制。圖13給出了調(diào)試結(jié)果。由圖13可見，采用該控制策略，能較好地實(shí)現(xiàn)馬赫數(shù)的精確控制，馬赫數(shù)控制精度優(yōu)于0.002。

圖13 馬赫數(shù)策略調(diào)試結(jié)果Fig.13 Results of Mach number control strategy

4 結(jié) 論

（1）采用壓力波動(dòng)法準(zhǔn)確測量出了0.6m連續(xù)式風(fēng)洞壓縮機(jī)的喘振邊界，設(shè)置了合理的報(bào)警線和防喘振線，確保了壓縮機(jī)的安全運(yùn)行，為掌握連續(xù)式風(fēng)洞壓縮機(jī)喘振邊界測試積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

（2）采用矢量控制技術(shù)，通過等效變換，將異步電動(dòng)機(jī)定子電流矢量分解為勵(lì)磁電流和轉(zhuǎn)矩電流進(jìn)行控制，使得異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的動(dòng)態(tài)性能媲美直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的精確控制。

（3）通過總壓多變量控制策略研究，實(shí)現(xiàn)了壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速對總壓的解耦控制，總壓控制精度優(yōu)于0.2%。

（4）通過馬赫數(shù)多變量控制策略研究，在固定各馬赫數(shù)對應(yīng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，閉環(huán)控制中心體開度的控制策略的基礎(chǔ)上，根據(jù)各變量對馬赫數(shù)影響特性，采用分段控制方案，實(shí)現(xiàn)了馬赫數(shù)的精度控制，控制精度優(yōu)于0.002。

5 結(jié)束語

在0.6m連續(xù)式風(fēng)洞中開展調(diào)試運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)研究對積累大型連續(xù)式風(fēng)洞調(diào)試經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)儲(chǔ)備具有非常重要的指導(dǎo)意義。通過壓縮機(jī)調(diào)試運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)研究，了解并掌握了壓縮機(jī)喘振邊界測試方法、壓縮機(jī)的防喘振控制以及安全運(yùn)行監(jiān)控等。其中“壓力波動(dòng)法”在國內(nèi)壓縮機(jī)喘振邊界測試中是首次成功應(yīng)用，解決了“噪聲法”測量結(jié)果不準(zhǔn)以及“振動(dòng)法”測試風(fēng)險(xiǎn)大的難題；在馬赫數(shù)控制策略研究中，從各控制變量對馬赫數(shù)的影響特性出發(fā)，在諸多控制變量中實(shí)現(xiàn)了變量的解耦控制，找到了最佳變量組合實(shí)現(xiàn)了總壓和馬赫數(shù)的精確控制。

目前國內(nèi)連續(xù)式風(fēng)洞建設(shè)正處于起步階段，由于人才、技術(shù)和調(diào)試經(jīng)驗(yàn)的缺乏，還出現(xiàn)了其他一系列的問題。如：超聲速流場的建立問題；跨聲速工況下，中心體振動(dòng)的問題；測力天平溫度效應(yīng)的問題；壓縮機(jī)及風(fēng)洞降噪的問題等等，都有待后續(xù)調(diào)試解決。

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Research on key technologies of debugging and operating in 0.6m×0.6mcontinuous transonic wind tunnel

Xiong Bo＊，Zhou Enmin，Cheng Song，Zhang Wen，Liu Kai，Luo Xinfu
（High Speed Aerodynamics Research Institute，China Aerodynamics Research and Development Center，Mianyang Sichuan 621000，China）

In order to reduce the risk of constructing a large－scale continuous wind tunnel，research on key technologies is carried out in the 0.6mwind tunnel of China Aerodynamics Research and Development Center，such as anti surge control and speed control of the compressor，Mach number control，and so on.Pressure fluctuation method is used to measure the surge margin of the compressor accurately，and the security of the compressor can be well ensured by setting a reasonable alarm line and surge line.Vector control technology is used to achieve the accurate control of speed，and the 0.03%control precision is achieved.The accurate control of Mach number is achieved by the function relationship between the compressor speed，chamber flow，the centrosome displacement and the Mach number，and the 0.002control precision is achieved.Through the research of the key technologies，the operation mode of fixing stagnation pressure and Mach number is realized.Due to the excellent quality of flow fields achieved in the wind tunnel，it is a good platform to carry out basic and leading research on the construction of large continuous wind tunnels.

continuous wind tunnel；debugging；compressor；flow field；control precision

V211.74

：A

（編輯：楊 娟）

1672－9897（2016）04－0081－06

10.11729／syltlx20150052

2015－04－06；

2015－12－01

＊通信作者E－mail：6643807＠qq.com

Xiong B，Zhou E M，Cheng S，et al.Research on key technologies of debugging and operating in 0.6m×0.6mcontinuous transonic wind tunnel.Journal of Experiments in Fluid Mechanics，2016，30（4）：81－86.熊 波，周恩民，程 松，等.0.6m連續(xù)式風(fēng)洞調(diào)試運(yùn)行關(guān)鍵技術(shù)研究.實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)，2016，30（4）：81－86.

熊波（1980－），男，四川眉山人，工程師。研究方向：高速風(fēng)洞性能調(diào)試及優(yōu)化。通信地址：四川綿陽211信箱2分箱（621000）。E－mail：6643807＠qq.com