[發(fā)明專利]一種高溫燃?xì)怙L(fēng)洞馬赫數(shù)測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711155425.X
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN108007667B
• 公開（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙玲;曹宇清;張昕;鄒樣輝;田寧;張凱;曹知紅;姜一通;岳暉;張利嵩;那偉;楊馳;夏吝時;肖澤娟;李文浩;李紅亮;宋文瀟;徐秀明;魯宇;朱廣生;李建林;孟剛;周巖;水涌濤;張喦;陳衛(wèi)國
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航天長征飛行器研究所;中國運載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06
• 代理公司: 11009 中國航天科技專利中心
• 代理人: 胡健男

本發(fā)明涉及一種高溫燃?xì)怙L(fēng)洞馬赫數(shù)測量裝置及方法，該測量裝置包括測量機構(gòu)、支撐機構(gòu)和供水機構(gòu)，測量機構(gòu)包括水冷測量模型和攝像組件。通過拍攝水冷測量模型繞流圖像，獲得模型頭部激波角，計算得到風(fēng)洞馬赫數(shù)數(shù)據(jù)。其中水冷測量模型為尖楔外形，由外壁與內(nèi)芯組成，外楔壁為薄壁外殼，用于承受外部氣流載荷，內(nèi)芯設(shè)有水冷槽道，對模型頭部和楔面進行冷卻,保護測量模型在測量時不受損壞；供水機構(gòu)為模型提供高壓冷卻水；支撐機構(gòu)內(nèi)部設(shè)計有供水槽道，同時具備支撐和供水功能。本發(fā)明通過測量模型設(shè)計及供水流量控制，實現(xiàn)測量模型在燃?xì)怙L(fēng)洞下的高溫?zé)岱雷o及模型頭部激波角的穩(wěn)定測量，提高了高溫燃?xì)怙L(fēng)洞馬赫數(shù)測量精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高溫燃?xì)怙L(fēng)洞馬赫數(shù)測量裝置及方法，屬于風(fēng)洞試驗、流場測試技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高溫風(fēng)洞是飛行器地面防隔熱試驗考核的重要設(shè)備，為保證地面，試驗考核的準(zhǔn)確性，必須掌握試驗區(qū)域流場參數(shù)，其中馬赫數(shù)是風(fēng)洞流場的關(guān)鍵參數(shù)之一。現(xiàn)有的馬赫數(shù)測量多通過測量流場總壓或靜壓間接得到馬赫數(shù)。但對于高溫風(fēng)洞，由于其試驗環(huán)境總溫可超過3000度，總壓及靜壓測量裝置面臨設(shè)計成本高，推算公式復(fù)雜的難題，測量精度難以達到。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題為：提供一種高溫燃?xì)怙L(fēng)洞馬赫數(shù)測量裝置，以解決上述現(xiàn)有馬赫數(shù)測量裝置設(shè)計成本高，推算公式復(fù)雜，測量精度低的問題。

本發(fā)明解決的技術(shù)方案為：一種高溫燃?xì)怙L(fēng)洞馬赫數(shù)測量裝置，包括測量機構(gòu)、支撐機構(gòu)、供水機構(gòu)；

所述測量機構(gòu)包括水冷測量模型和攝像組件，所述水冷測量模型為尖楔形狀，由外壁與內(nèi)芯組成，用于產(chǎn)生馬赫數(shù)測量所需要頭部激波角。外壁與內(nèi)芯采用螺紋連接。

所述攝像組件為照相設(shè)備，用于水冷測量模型頭部激波角的拍攝。

所述水冷測量模型外壁為薄壁外殼，用于承受外部氣流載荷，內(nèi)芯為中空結(jié)構(gòu)，包括支撐耳片、楔面冷卻槽道和頭部冷卻槽道，并內(nèi)置噴嘴，冷卻水從模型后端進入噴嘴后，流經(jīng)頭部槽道和楔面槽道后仍由外壁和內(nèi)芯縫隙流出，用于對模型頭部和楔面進行冷卻。

所述支撐機構(gòu)底部固定，與水冷測量模型內(nèi)芯后端螺紋連接，安裝完成后的水冷測量模型中心線與高溫燃?xì)怙L(fēng)洞噴管軸線平行。

所述支撐機構(gòu)內(nèi)部設(shè)有供水槽道，供水槽道末端直接與供水管路連接供水機構(gòu)，供水槽道前端與水冷測量模型水冷通道相連。

所述供水機構(gòu)能夠為水冷測試模型提供高壓冷卻水。

水冷測量模型為尖楔外形，尖楔角度為2θ，尖楔寬度為L，高度為H，尖楔寬度L略小于噴管出口直徑，并與后端支撐機構(gòu)尺寸匹配，尖楔高度H不小于尖楔寬度L；尖楔半角θ的選取滿足：(1)在所測定的M數(shù)范圍內(nèi)，斜激波角β隨馬赫數(shù)的變化率盡可能大，(2)模型角度不接近或超出激波附體的最大允許偏轉(zhuǎn)角。(3)保證圖像拍攝清楚的前提小，θ角選小的角度值，θ愈大，愈小，能測量的M數(shù)范圍就愈窄。當(dāng)測量馬赫數(shù)范圍在2～4之間時，水冷測量模型尖楔半角選取范圍20～40°。

照相設(shè)備的指標(biāo)要求為：快門速度1/1200～1/800，光圈6.0～8.0，或可采用加濾鏡的方法減弱光線，取得模型和激波形狀的清晰圖像。

照相設(shè)備的鏡頭正對位置為水冷測量模型頭部。

供水機構(gòu)具備流量調(diào)節(jié)功能，高壓冷卻水壓力P變化范圍：1～5Mpa,流量為10～40kg/h，冷卻水溫度5～20℃。

霧化噴嘴流速不得小于2m/s，噴射角度大于90°。

水冷測量模型外壁厚度為3～5mm。

本發(fā)明一種高溫燃?xì)怙L(fēng)洞馬赫數(shù)測量方法，步驟如下：

(1)調(diào)整支撐機構(gòu)至待測位置上；