[發明專利]脈沖風洞中超燃沖壓發動機壁面溫度效應研究的試驗方法

在審

• 申請號: 201710028115.5
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106768820A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 張小慶;王琪;孫良;吳穎川;倪鴻禮;高昌;郭鵬宇;秦思;胡俊逸;呂金洲
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63820部隊吸氣式高超聲速技術研究中心
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01M15/14;G01K7/02
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙)51232
• 代理人: 敖歡,葛啟函

技術領域

本發明屬于空氣動力學技術領域，尤其是一種脈沖風洞中超燃沖壓發動機壁面溫度效應研究的試驗方法。

背景技術

高焓脈沖風洞是指模擬高超聲速飛行真實來流總溫條件，試驗時間一般在100ms-600ms之間，能夠開展高超聲速飛行器帶動力氣動試驗的地面設備。脈沖型的高焓風洞在設計和建造上容易做到大口徑、大流量，既能開展飛行器氣動力試驗，也可以開展發動機性能試驗。100ms-600ms的試驗時間對于氣動力測量和發動機性能模擬已經足夠，一定尺寸高焓脈沖風洞還可以直接開展一體化飛行器帶動力試驗。

雖然高焓脈沖風洞適合開展高超聲速飛行器氣動/推進一體化試驗，但存在一個關鍵技術問題還未解決，即試驗時間相對較短，發動機內壁面來不及充分加熱至熱平衡溫度，與實際飛行狀態下的壁面溫度相差大。壁面溫度會影響超燃沖壓發動機的性能，溫度的差異勢必會影響到地面試驗與實際飛行狀態性能換算的準確度。

為評估帶動力飛行器的真實性能，研究壁溫效應對推進流道流場的影響，建立相應的性能換算關系，就必須對發動機的進氣道、隔離段和燃燒室等關鍵部件的壁面進行加熱。為此，基于地面試驗中的脈沖風洞，結合超燃沖壓發動機壁面溫度模擬試驗方法，發展了一種壁面溫度對發動機流道內流場影響規律研究的新方法。

在脈沖風洞中，由于運行時間的限制，大流量高溫、高速氣體在100～600ms的時間內來不及對發動機內壁面充分加熱，壁面溫度溫升很小，基本就是室溫，無法模擬真實的氣動加熱環境。為了能夠準確地將地面試驗數據與實際飛行狀態性能進行換算，系統地開展壁面溫度對超燃沖壓發動機內流場影響的試驗研究，基于現有的脈沖風洞測力測壓試驗技術，結合新發展的壁面溫度模擬試驗方法，通過對比不同壁面溫度條件下的飛行器總推力、壁面靜壓、流場流態等指標，總結歸納出壁溫效應對推進流道流場的影響。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種安全可靠的研究壁溫效應對發動機內部流場結構影響的試驗方法。基于常規脈沖風洞中測力測壓試驗技術，結合新發展的超燃沖壓發動機壁面加熱技術，形成一套開展壁溫效應研究的試驗方法。

為實現上述發明目的，本發明提供一種脈沖風洞中超燃沖壓發動機壁面溫度效應研究的試驗方法，在飛行器帶動力試驗模型內部空間內，在需要溫度模擬的發動機表面安裝電熱元件，建立壁面溫度條件，然后啟動脈沖風洞，待風洞形成穩定流場后，發動機點火工作，通過天平測力、壓力傳感器測壓獲取流場壁面靜壓和推力數據，每次試驗變化不同的壁溫條件，得到不同壁溫條件下發動機壁面靜壓沿程分布及天平測力數據。從數據中得到不同壁溫條件對發動機性能的定量影響。

作為優選方式，所述方法包括如下步驟：(1)在試驗模型的發動機表面安裝電熱元件，電熱元件的最高加熱溫度1000K；電熱元件外部用隔熱材料進行隔熱，使隔熱材料外側溫度不超過320K；(2)將飛行器帶動力試驗模型安裝在風洞均勻區內，風洞試驗段抽真空；(3)啟動電熱元件進行加熱，電壓不得超過36V安全電壓；(4)當壁溫溫度達到設定溫度后，停止電熱元件加熱，風洞開始運行，進行飛行器帶動力試驗；(5)在100-600ms的有效試驗時間內，測力天平采集飛行器總推力，壓力傳感器采集發動機壁面靜壓數據，試驗結束。

作為優選方式，所述壁面溫度效應是指超燃沖壓發動機壁面溫度的不同會導致發動機內部流場結構內流和氣動特性的不同。

作為優選方式，所述脈沖風洞是指模擬高超聲速飛行真實來流總溫條件、試驗時間在100ms～600ms之間、能夠開展飛行器氣動試驗和發動機性能試驗的地面設備。

作為優選方式，飛行器帶動力試驗模型完全處于風洞的均勻區內，試驗模型包括發動機、發動機下方的支撐框架、支撐框架內部的天平、天平下方的支架，天平的固定框與支架連接固定，天平的浮動框與框架連接，發動機上下壁面開有測壁面靜壓的兩排測壓孔。

作為優選方式，被加熱發動機的壁面溫度采用接觸式的熱電偶測量，帶內螺紋的固定塊焊接在發動機的外壁面上，帶外螺紋的熱電偶傳感器與固定塊螺紋連接，熱電偶與溫度控制柜連接。

作為優選方式，發動機與前后部件的連接采用石墨密封連接，發動機底部支撐處采用軸向不限位的支撐，支撐與支撐框架相連。軸向(即x方向)不限位的支撐允許發動機加熱后在x方向自由膨脹。