[发明专利]一种通气超空泡平衡点突变特性判定装置及其判定方法

权利要求书

1.一种通气超空泡平衡点突变特性判定装置，由积分运算模块、摄动分析模块、传感器模块、数据采集模块、数据处理模块、比较运算模块组成，其特征在于：积分运算模块对已有的空泡截面扩展方程进行积分运算，将积分运算结果输入给摄动分析模块；摄动分析模块对通气空泡容积进行线性化处理，输出通气超空泡平衡点突变的敏感参数集；传感器模块测量通气空泡的敏感参数输入给数据采集模块；数据采集模块将采集到的数据进行A/D转换并输入给数据处理模块；数据处理模块对获得的敏感参数进行滤波、存储并绘制曲线；比较分析模块对摄动分析模块输出的敏感参数集与数据处理模块的实际测量值进行比较，判定通气超空泡平衡点发生突变特性的可能性。

2.根据权利要求1所述的一种通气超空泡平衡点突变特性判定装置，其特征在于：所述的传感器模块包括测量压力的压力传感器和测量运动体加速度的加速度传感器；数据采集模块采用数据采集卡，数据处理模块采用单片机，积分运算模块采用单片机芯片、摄动分析模块采用单片机芯片，比较运算模块采用运算放大器芯片。

3.根据权利要求1所述的一种通气超空泡平衡点突变特性判定装置，其特征在于：所述的敏感参数包括压力，运动体加速度。

4.一种通气超空泡平衡点突变特性判定方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）建立空泡截面扩展方程：

∂2S(τ,t)∂t2=-k1Δp(τ,t)ρ,x(t)-l(t)≤ξ≤x(t),]]>

S(τ,τ)=πDn24,∂S(τ,τ)∂t=k1A4DnVcx]]>

式中Δp(τ,t)=p_∞(ξ)+p₁(t)-p_c(t)，其中τ≤t为截面ξ生成时间；x(t)为空泡发生器当前时刻t对应的绝对x坐标；p₁(t)为环境压力扰动；p_c(t)为空泡内压力；p_∞(ξ)为无穷远处的环境压力；l(t)为空泡长度；c_x为空泡阻力系数；k₁=4πA²,A=2为经验常数，D_n为空化器直径，V为实时运动体速度；

（2）对已有的空泡截面扩展方程进行积分运算：

用初始空泡长度l₀和运动体速度V_∞作为标度，对空泡截面扩展方程进行无量纲化处理：

∂2S(τ,t)∂t2=-k1σ(t)2,t-l(t)≤τ≤t]]>

其中σ(t)为空化数，空泡的闭合条件为：

S(t,t)=S(t-l(t),t)→0

对无量纲化的空泡截面扩展方程进行两次积分得：

S(τ,t)=k1σ04[t-τ-2∫τt(t-u)σ‾(u)du]]]>

式中σ₀为自然空化数，u为积分变量，

结合空泡闭合条件获得联系通气超空泡长度及空化数的积分方程：

l(t)=2∫t-l(t)t(t-u)σ‾(u)du;]]>

（3）计算出通气超空泡的唯一平衡点，将空泡容积在平衡点处进行线性化处理，获得线性扰动系统以及通气超空泡可能发生突变特性的参数范围：

空泡平衡气体质量无量纲方程为：

ddt[(β-σ‾(t))Q(t)]=β[q·in-q·out(t)]]]>

其中β为动态相似参数，为通气速率，为随时间变化的泄气速率，与联系通气超空泡长度及空化数的积分方程联合，获得通气超空泡唯一的平衡点：

σ‾(t)=1,l(t)=1]]>

将空泡容积Q(t)=k1σ04[-l2(t)2+∫t-l(t)t(t-u)2σ‾(u)du]]]>在平衡点处进行线性化处理，得到线性扰动系统：

σ·1(t)=aσ1(t)+bi1(t)=aσ1(t)+2bϵl1(t)σ1(t)+b2ϵl1(t)-1]]>

其中a和b为参数变量，ε为无穷小量，求出线性扰动的雅可比矩阵及特征值，判定通气超空泡可能发生突变特性的参数范围为2.6196<β；

（4）测量通气超空泡的敏感参数，对敏感参数进行滤波、数值比较计算、存储并绘制曲线，通气超空泡的敏感参数与突变临界参数值进行比较，当敏感参数大于突变临界参数值时判定通气超空泡发生突变；当敏感参数小于突变临界参数值时判定通气超空泡不发生突变。

5.根据权利要求4所述的一种通气超空泡平衡点突变特性判定方法，其特征在于：所述的敏感参数包括压力，运动体加速度。