本发明涉及风洞计算，具体涉及低温风洞流场旋转角度计算方法及系统。
背景技术：
1、低温风洞是进行大型飞机、先进战机和往返大气层航天飞行器研制过程中开展边界层分离、旋涡流动、激波/边界层干扰、激波/旋涡干扰等复杂粘性流场性能研究必不可少的设备，能够满足以大型客机为代表的先进航空航天飞行器自主研发对飞行雷诺数地面试验模拟能力的需求。低温高风洞通过向洞内喷入液氮的方式来降低试验总温，液氮在压缩机上游喷入洞内，迅速汽化后吸收大量热量，并通过压缩机旋转搅拌后与洞内原有气流进行混合，进而降低下游风洞试验段环境温度。
2、低温风洞进行液氮喷入的执行机构为位于压缩机上游的液氮喷射排架，该排架上均匀分布有若干个不同流量的喷嘴，在喷入液氮时，主要通过调整这些喷嘴的启闭状态实现对喷入低温风洞的液氮流量进行控制。然而，同一个液氮流量存在着多种喷嘴启闭分布，不同的喷嘴启闭分布虽然没有改变注入风洞内的冷量，但改变了冷量在风洞横截面上的分布。喷嘴开启集中的区域，冷量更大，传递到下游后将影响试验段截面温度场的均匀性。温度场的数据通过布置总温排架采集，总温排架的中心与液氮喷射排架的中心重合，均位于风洞轴线上。由于压缩机的旋转搅拌，液氮流量分布和温度场分布二者之间存在着一个旋转角度差，该旋转角度直接影响风洞试验温度场的分布均匀性，影响风洞试验数据的质量。故如何准确计算该旋转角度，对风洞试验温度场的分布均匀性调整具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明旨在解决以上至少一个技术问题。
2、为此，本发明的一个目的在于提出一种低温风洞流场旋转角度计算方法，该方法能够作为闭环改善低温风洞温度场均匀性的基础，首先收集液氮喷射排架的喷嘴启闭状态和流量，以及总温排架的温度传感器测量值两组数据，将其转换至同一尺度的二维矩阵后，计算不同角度差下的两个矩阵的均方误差，求得误差最小的角度差即为低温风洞流场从液氮喷射排架到总温排架的旋转角度。
3、本发明的另一个目的在于提出低温风洞液氮喷射排架流量控制系统。
4、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案。
5、第一方面，本发明提供了低温风洞流场旋转角度计算方法，包含以下步骤：
6、采集液氮流量场和温度场数据，流量场数据包含液氮喷射排架中每个液氮喷嘴的启闭状态、流量值和位置，温度场数据包含总温排架中每个温度传感器的温度值和位置；
7、将液氮流量场数据和温度场数据转换到同一尺度坐标系下，分别得到液氮流量场矩阵和温度场矩阵；
8、在0°至359°的角度差下计算液氮流量场矩阵和温度场矩阵的均方根误差，误差最小的角度即为风洞流场旋转角度。
9、优选的，在将液氮流量场数据和温度场数据转换到同一尺度坐标系下前对每个液氮喷嘴的流量值、每个温度传感器的温度值分别进行归一化处理。
10、优选的，每个液氮喷嘴的流量值归一化处理的计算公式为，，其中，qmin为小流量喷嘴的流量值，qmax为大流量喷嘴的流量值，qnr为归一化后的流量值，q为液氮喷嘴的流量值；每个温度传感器的温度值归一化处理的计算公式为，，其中，tmin为总温排架上所有温度传感器读数的最小值，tmax为总温排架上所有温度传感器读数的最大值，tnr为归一化后的温度值，t为温度传感器的温度值。
11、优选的，将液氮流量场数据和温度场数据转换到同一尺度坐标系下的方法为：以液氮喷射排架或总温排架中任一个所在坐标系为参考坐标系，将另一排架中的液氮喷嘴或温度传感器从其所在坐标系转换到参考坐标系中。优选的，在0°至359°的角度差下计算液氮流量场矩阵和温度场矩阵的均方根误差包含：
12、固定液氮流量场矩阵和温度场矩阵中任一矩阵不动，从0°至359°依次旋转另一矩阵，在每一个旋转角度下计算两个矩阵的均方根误差。
13、优选的，均方根误差e计算公式为：；其中，*表示矩阵点乘，sum表示矩阵所有元素相加，a、b为液氮流量场矩阵和温度场矩阵中任一个，且a和b不相同，r为对所述同一尺度坐标系所在风洞截面半径向下取整。
14、第二方面，本发明提供了低温风洞流场旋转角度计算系统，包含：
15、采集模块，用于采集液氮流量场和温度场数据，流量场数据包含液氮喷射排架中每个液氮喷嘴的启闭状态、流量值和位置，温度场数据包含总温排架中每个温度传感器的温度值和位置；
16、转换模块，用于将液氮流量场数据和温度场数据转换到同一尺度坐标系下，分别得到液氮流量场矩阵和温度场矩阵；
17、计算模块，用于在0°至359°的角度差下计算液氮流量场矩阵和温度场矩阵的均方根误差，误差最小的角度即为风洞流场旋转角度。
18、优选的，还包含处理模块，用于在将液氮流量场数据和温度场数据转换到同一尺度坐标系下前对每个液氮喷嘴的流量值、每个温度传感器的温度值分别进行归一化处理。
19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20、本发明首次提出，通过获取液氮流量场分布和温度场分布，在0°至359°的角度差下计算两个场在同一尺度下的均方根误差，误差最小的角度即为风洞流场从液氮喷射排架传播到总温排架所发生的旋转角度。基于该旋转角度，低温风洞能够通过控制液氮喷射排架上的喷嘴启闭状态实现对风洞流场温度均匀性的闭环改善。
1.低温风洞流场旋转角度计算方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.如权利要求1所述的低温风洞流场旋转角度计算方法，其特征在于，在将液氮流量场数据和温度场数据转换到同一尺度坐标系下前对每个液氮喷嘴的流量值、每个温度传感器的温度值分别进行归一化处理。
3.如权利要求2所述的低温风洞流场旋转角度计算方法，其特征在于，每个液氮喷嘴的流量值归一化处理的计算公式为， ，其中，qmin为小流量喷嘴的流量值，qmax为大流量喷嘴的流量值，qnr为归一化后的流量值，q为液氮喷嘴的流量值；每个温度传感器的温度值归一化处理的计算公式为，，其中，tmin为总温排架上所有温度传感器读数的最小值，tmax为总温排架上所有温度传感器读数的最大值，tnr为归一化后的温度值，t为温度传感器的温度值。
4.如权利要求1所述的低温风洞流场旋转角度计算方法，其特征在于，将液氮流量场数据和温度场数据转换到同一尺度坐标系下的方法为：以液氮喷射排架或总温排架中任一个所在坐标系为参考坐标系，将另一排架中的液氮喷嘴或温度传感器从其所在坐标系转换到参考坐标系中。
5.如权利要求1所述的低温风洞流场旋转角度计算方法，其特征在于，在0°至359°的角度差下计算液氮流量场矩阵和温度场矩阵的均方根误差包含：
6.如权利要求1或5所述的低温风洞流场旋转角度计算方法，其特征在于，均方根误差e计算公式为：
7.低温风洞流场旋转角度计算系统，其特征在于，包含：
8.如权利要求7所述的低温风洞流场旋转角度计算系统，其特征在于，还包含处理模块，用于在将液氮流量场数据和温度场数据转换到同一尺度坐标系下前对每个液氮喷嘴的流量值、每个温度传感器的温度值分别进行归一化处理。
