[發(fā)明專(zhuān)利]一種低擾動(dòng)寬?cǎi)R赫數(shù)風(fēng)洞層流雙噴管

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711232467.9
• 申請(qǐng)日: 2017-11-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107741313A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高亮杰;錢(qián)戰(zhàn)森;王璐;向先宏;冷巖;許鵬博
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司沈陽(yáng)空氣動(dòng)力研究所
• 主分類(lèi)號(hào): G01M9/04
• 分類(lèi)號(hào): G01M9/04
• 代理公司: 中國(guó)航空專(zhuān)利中心11008
• 代理人: 杜永保

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到高馬赫數(shù)試驗(yàn)設(shè)備，涉及一種低擾動(dòng)寬?cǎi)R赫數(shù)風(fēng)洞層流雙噴管。

背景技術(shù)

常規(guī)高馬赫數(shù)風(fēng)洞中試驗(yàn)段來(lái)流壓力脈動(dòng)可達(dá)5％，通常比實(shí)際飛行環(huán)境高出一到兩個(gè)數(shù)量級(jí)，對(duì)模型氣動(dòng)力/熱測(cè)量均有顯著影響，特別是壁面邊界層流動(dòng)狀態(tài)。已有試驗(yàn)結(jié)果與飛行數(shù)據(jù)的對(duì)比分析表明，試驗(yàn)段背景擾動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)捩雷諾數(shù)影響較大，且不同風(fēng)洞由于擾動(dòng)水平存在差異，試驗(yàn)結(jié)果不一致。

風(fēng)洞試驗(yàn)段測(cè)到的擾動(dòng)由駐室傳來(lái)的擾動(dòng)(由阻尼網(wǎng)、蜂窩器、閥門(mén)、管路等產(chǎn)生)、噴管壁面湍流邊界層的隨機(jī)小渦擾動(dòng)等構(gòu)成。其中，擾動(dòng)類(lèi)型主要包括溫度不均勻形成的“熵斑”(也稱(chēng)熵波)、速度不規(guī)則脈動(dòng)(湍流度，也稱(chēng)渦波)、壓力不規(guī)則脈動(dòng)(聲擾動(dòng)/噪聲，也稱(chēng)聲波)。隨著噴管馬赫數(shù)增加，壁面隨機(jī)小渦擾動(dòng)影響加強(qiáng)。

降低噴管壁面湍流邊界層的隨機(jī)小渦擾動(dòng)，關(guān)鍵是要保持噴管壁面盡可能長(zhǎng)的邊界層層流狀態(tài)。靜音噴管的重要措施之一是在噴管的進(jìn)口消除駐室和收縮段壁面邊界層對(duì)噴管邊界層流動(dòng)的影響，喉道前方設(shè)置抽吸裝置，圍繞喉道構(gòu)造一條抽吸槽。

國(guó)內(nèi)外針對(duì)靜音噴管研究開(kāi)展了系統(tǒng)研究工作，探索上游邊界層抽吸、噴管類(lèi)型、膨脹速率、壁面曲率、壓力梯度、拐點(diǎn)的壁面角、壁面光潔度和清潔度等諸多因素對(duì)噴管層流化的影響關(guān)系。但已有的設(shè)計(jì)方法存在以下限制：

一方面，由于吹-吸式風(fēng)洞不可避免的供氣擾動(dòng)，使得噴管尺寸較小、運(yùn)行受限。目前世界上最大尺寸高超聲速靜風(fēng)洞為中國(guó)北京大學(xué)M6靜風(fēng)洞，噴管出口直徑0.3m；

另一方面，隨著高超聲速飛行器研制需求的增加，急需高馬赫數(shù)風(fēng)洞具備跨馬赫數(shù)運(yùn)行能力。抽吸效果與運(yùn)行馬赫數(shù)、噴管收縮比及運(yùn)行狀態(tài)密切相關(guān)，即使抽吸槽設(shè)計(jì)成寬度可調(diào)，以滿足不同運(yùn)行雷諾數(shù)需求，但是噴管收縮比受穩(wěn)定段或管體直徑的限制，很難匹配寬?cǎi)R赫數(shù)運(yùn)行要求。

因此，在保證噴管尺寸的前體下，實(shí)現(xiàn)寬?cǎi)R赫數(shù)范圍內(nèi)層流化設(shè)計(jì)技術(shù)需要進(jìn)一步發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提出一種低擾動(dòng)寬?cǎi)R赫數(shù)風(fēng)洞層流雙噴管，以解決現(xiàn)有技術(shù)難以在保證噴管尺寸前體下，實(shí)現(xiàn)寬?cǎi)R赫數(shù)范圍內(nèi)層流化設(shè)計(jì)問(wèn)題。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案：一種低擾動(dòng)寬?cǎi)R赫數(shù)風(fēng)洞層流雙噴管，其特征在于，包括上游噴管9、等直段11、下游噴管12，各部段之間采用法蘭形式連接，所述上游噴管9內(nèi)腔上設(shè)有上游噴管喉道1，靠近與上游風(fēng)洞管體7連接端，下游噴管12包含抽吸槽5、下游噴管喉道6，抽吸槽5位于下游噴管喉道6上游，靠近與等直段11連接端。

所述等直段11內(nèi)腔從左至右依次固連消聲隔板2、多層金屬網(wǎng)10、吸聲棉3、蜂窩器4。

所述消聲隔板2由兩組消聲器組成，分別針對(duì)高頻和低頻噪聲進(jìn)行消聲，消聲器在等直段內(nèi)截面堵塞度，介于40％～50％之間，隔板間通道流速控制在30m/s左右，其外形為平滑的流線型，頭部為半圓，尾部為漸縮尖形，尾部夾角為35°左右。

所述多層金屬網(wǎng)10、吸聲棉3構(gòu)成吸聲段，單層吸聲棉需要兩層金屬網(wǎng)限位。

所述多層金屬網(wǎng)10、蜂窩器4構(gòu)成消除渦擾動(dòng)段，蜂窩器采用六角形結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)徑比為8左右，之后接第一層金屬網(wǎng)，此層金屬網(wǎng)30mesh/in，絲徑160um。其后接金屬網(wǎng)網(wǎng)組，間距選取與等直段直徑相關(guān)，參數(shù)可選為50mesh/in，絲徑100um。

所述上游噴管喉道1為在上游噴管9內(nèi)腔的環(huán)狀凸起。

所述抽吸槽5入口馬赫數(shù)為0.3左右，抽吸效率介于10％到50％之間，抽吸槽道大于90°的偏轉(zhuǎn)角有利于抑制槽道內(nèi)部分離。

所述低擾動(dòng)寬?cǎi)R赫數(shù)風(fēng)洞層流雙噴管存在三個(gè)收縮聲速截面，上游噴管喉道為限流截面，下游噴管的喉道面積至少要大于上游噴管，同時(shí)該面積比決定了總的流動(dòng)損失。

所述上游噴管9可采用傳統(tǒng)“三段式”噴管設(shè)計(jì)方法，包括亞聲速收縮段、跨聲速段和超聲速段。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的層流雙噴管是一種固定型面的設(shè)計(jì)方案，通過(guò)改變上/下游噴管的設(shè)計(jì)馬赫數(shù)以及出口面積比可以滿足不同的需求。本發(fā)明的技術(shù)方案僅需對(duì)風(fēng)洞的噴管做局部改造，可用于常規(guī)下吹式、引射式或吹-引式風(fēng)洞，也可用于脈沖式風(fēng)洞，在工程實(shí)際應(yīng)用中具有可操作性。本發(fā)明的層流雙噴管在寬?cǎi)R赫數(shù)運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有復(fù)雜的作動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，且由于上游高馬赫數(shù)噴管固定，可采用統(tǒng)一的穩(wěn)定段或管體尺寸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的低擾動(dòng)寬?cǎi)R赫數(shù)風(fēng)洞層流雙噴管布局示意圖

圖2為本發(fā)明的低擾動(dòng)寬?cǎi)R赫數(shù)風(fēng)洞層流雙噴管下游帶抽吸槽的噴管計(jì)算網(wǎng)格