[發(fā)明專利]擴(kuò)大高超聲速靜音噴管靜試驗(yàn)區(qū)的方法及高超聲速噴管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410183661.2
• 申請(qǐng)日: 2014-04-30
• 公開（公告）號(hào): CN103954424A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李存標(biāo)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M9/02
• 分類號(hào): G01M9/02;G01M9/04
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 趙囡囡;張永明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，具體而言，涉及一種擴(kuò)大高超聲速靜音噴管靜試驗(yàn)區(qū)的方法及高超聲速噴管。

背景技術(shù)

風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是指在一個(gè)按一定要求設(shè)計(jì)的管道內(nèi)，使用動(dòng)力裝置驅(qū)動(dòng)一股可控制的氣流，將實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ凸潭ㄔ诠艿赖脑囼?yàn)區(qū)內(nèi)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)的相對(duì)性和相似性原理進(jìn)行各種空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)，以模擬空中各種飛行狀態(tài)，獲取模型實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。高超聲速風(fēng)洞是風(fēng)洞的一種，廣泛的應(yīng)用于導(dǎo)彈、飛機(jī)、火箭等的模型實(shí)驗(yàn)，是航空航天領(lǐng)域內(nèi)一項(xiàng)基本的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

現(xiàn)有的高超聲速風(fēng)洞流場(chǎng)存在較高的氣動(dòng)噪聲和湍流度，比高空大氣的實(shí)際流場(chǎng)高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，因此采用現(xiàn)有的高超聲速(馬赫數(shù)在5.0到10的范圍內(nèi))風(fēng)洞進(jìn)行試驗(yàn)，由于其邊界層轉(zhuǎn)捩位置、轉(zhuǎn)捩區(qū)域和轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)與實(shí)際高空大氣偏差較大，造成試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性嚴(yán)重偏離真實(shí)情況，從而為模型的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)帶來困難。

為此需研究一種氣動(dòng)噪聲和湍流度與高空大氣接近的高超聲速風(fēng)洞(高空大氣的湍流度一般只有0.03％)，也即高超聲速靜音風(fēng)洞。

噴管是高超聲速風(fēng)洞的關(guān)鍵部件，它安裝在風(fēng)洞穩(wěn)定段的下游和試驗(yàn)段的上游。傳統(tǒng)噴管一般包括收縮區(qū)、喉道區(qū)和擴(kuò)張區(qū)三部分，為了在試驗(yàn)段產(chǎn)生高超聲速氣流，噴管的收縮區(qū)將氣流從低亞聲速均勻加速到聲速，然后氣流從噴管的喉道區(qū)開始等熵均勻加速膨脹，至噴管擴(kuò)張區(qū)出口達(dá)到所要求的馬赫數(shù)，因此噴管是保證實(shí)驗(yàn)段獲得設(shè)計(jì)馬赫數(shù)的重要風(fēng)洞部件。

對(duì)于傳統(tǒng)的高超聲速風(fēng)洞，收縮區(qū)、喉道區(qū)和擴(kuò)張區(qū)是傳統(tǒng)噴管的三個(gè)部分，收縮區(qū)為一連續(xù)收縮的型面，喉道區(qū)為曲線直徑最小的部分，擴(kuò)張部為一連續(xù)擴(kuò)大的型面，喉道區(qū)將收縮區(qū)和擴(kuò)張區(qū)無縫連接起來，形成整體噴管曲線。試驗(yàn)?zāi)Ｐ驮趪姽艹隹谶M(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

高超聲速風(fēng)洞要求噴管達(dá)到層流噴管的水平，所謂層流噴管，就是說噴管內(nèi)表面的流動(dòng)必須是層流邊界層，但是一般的噴管的邊界層均是湍流邊界層，這使得現(xiàn)有噴管構(gòu)成的高超聲速風(fēng)洞擬真度低、試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度低。通過在收縮段和喉道之間設(shè)置抽吸段，將湍流邊界層抽吸出噴管可以使高超聲速噴管靜音，但此種噴管的試驗(yàn)區(qū)可能無法滿足需求。由于噴管的轉(zhuǎn)捩位置無法到達(dá)噴管出口，致使噴管的試驗(yàn)區(qū)域小，不能滿足大尺寸模型的試驗(yàn)需要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種擴(kuò)大高超聲速靜音噴管靜試驗(yàn)區(qū)的方法及高超聲速噴管，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的高超聲速靜音噴管的試驗(yàn)區(qū)域較小的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種擴(kuò)大高超聲速靜音噴管靜試驗(yàn)區(qū)的方法，該擴(kuò)大高超聲速靜音噴管靜試驗(yàn)區(qū)的方法包括：確定噴管的轉(zhuǎn)捩位置T；確定第一抽吸孔位置，第一抽吸孔貫穿噴管的管壁，且第一抽吸孔與噴管的內(nèi)壁面相交形成第一交面，轉(zhuǎn)捩位置T位于第一交面內(nèi)；確定第一抽吸孔的軸線與噴管的軸線之間的夾角α；確定第一抽吸孔的截面形狀，并確定第一抽吸孔的截面積。

進(jìn)一步地，轉(zhuǎn)捩位置T位于第一抽吸孔的軸線上。

進(jìn)一步地，在確定第一抽吸孔的截面形狀，并確定第一抽吸孔的截面積的步驟中，第一抽吸孔在第一平面上的截面形狀為橢圓形，第一平面為垂直于第一抽吸孔的軸線的平面，確定第一抽吸孔的長直徑h和短直徑m。

進(jìn)一步地，第一抽吸孔的短直徑m的取值范圍為噴管的轉(zhuǎn)捩位置T處的邊界層厚度的0.1倍至0.3倍，第一抽吸孔的長直徑h的取值范圍為2倍至4倍的第一抽吸孔短直徑m。

進(jìn)一步地，夾角α的取值范圍為45度至90度。

進(jìn)一步地，多個(gè)第一抽吸孔沿噴管的圓周方向均勻間隔設(shè)置構(gòu)成第一孔組，擴(kuò)大高超聲速靜音噴管靜試驗(yàn)區(qū)的方法還包括如下步驟，根據(jù)公式1確定第一孔組內(nèi)的第一抽吸孔的數(shù)量，

k=Ln+m]]>??????????公式1

其中，L為第一孔組所在處的噴管的內(nèi)圓周長度，n為第一孔組的相鄰兩個(gè)第一抽吸孔之間的距離，n的取值范圍為0.5倍至1.5倍的第一抽吸孔的短直徑m。

進(jìn)一步地，第一孔組的相鄰兩個(gè)第一抽吸孔之間的距離n等于第一抽吸孔的短直徑m。

進(jìn)一步地，沿噴管的軸向間隔設(shè)置有多個(gè)第一孔組，相鄰兩個(gè)第一孔組之間的距離為X1，其中X1為處于上游的第一孔組處的邊界層厚度的5倍至10倍。