[發(fā)明專利]引射驅(qū)動的閉環(huán)回流的暫沖式超聲速風(fēng)洞流場控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810539925.1
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108388281B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 熊波;徐來武;閻成;陳海峰;秦建華;丁壽和;顧海濤;龐旭東;蔣明華;楊軼成;祖孝勇;唐亮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空氣動力研究與發(fā)展中心高速空氣動力研究所
• 主分類號: G05D16/20
• 分類號: G05D16/20;G01M9/04
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11369
• 代理人: 賈曉燕

本發(fā)明公開了一種引射驅(qū)動的閉環(huán)回流的暫沖式超聲速風(fēng)洞流場控制方法，其通過擴(kuò)散段后的引射器作為風(fēng)洞流場的主驅(qū)動，在回流調(diào)節(jié)閥、輔助進(jìn)氣調(diào)壓閥、排氣節(jié)流閥的配合下，建立穩(wěn)定的超聲速流場，其中在引射器調(diào)壓閥和輔助進(jìn)氣調(diào)壓閥共同作用下實現(xiàn)穩(wěn)定段總壓的精確控制，在此基礎(chǔ)上，在噴管型面和擴(kuò)散段型面的配合下可在暫沖式超聲速風(fēng)洞中實現(xiàn)同一個運行總壓下建立穩(wěn)定的不同M數(shù)的超聲速流場。本發(fā)明可在閉環(huán)回流的暫沖式超聲速風(fēng)洞中實現(xiàn)負(fù)壓運行工況的模擬，有效拓寬了風(fēng)洞的運行包線和模擬范圍。同時可以顯著降低傳統(tǒng)暫沖式風(fēng)洞高M(jìn)數(shù)時建立超聲速流場所需穩(wěn)定段的總壓，有利于降低模型的氣動載荷。有利于提高風(fēng)洞應(yīng)變天平測量精準(zhǔn)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及暫沖式超聲速風(fēng)洞流場控制領(lǐng)域，特別涉及一種針對配套引射器系統(tǒng)和排氣節(jié)流系統(tǒng)的半回流暫沖式超聲速風(fēng)洞的流場控制方法。

背景技術(shù)

風(fēng)洞是能人工產(chǎn)生和控制氣流以模擬飛行器或物體周圍氣體的流動，并可量度氣流對物體的作用以及觀察物理現(xiàn)象的一種管道狀地面試驗?zāi)M設(shè)備。根據(jù)模擬速度的不同，將風(fēng)洞分為低速風(fēng)洞(M≤0.4)、高速風(fēng)洞(0.4M≤4.5)和高超聲速風(fēng)洞(M≥5.0)。在高速風(fēng)洞中，又分為亞跨聲速風(fēng)洞(M＝0.4～1.4)和超聲速風(fēng)洞(M＝1.5～4.5)。風(fēng)洞是通過控制風(fēng)洞管道中氣流的壓比來模擬對應(yīng)的M數(shù)的。

對于高速風(fēng)洞，為了確保流經(jīng)風(fēng)洞管道中的氣體能順利排入外界大氣，一般要求氣體排入大氣時的靜壓要略高于外界環(huán)境大氣壓(通常稱之為反壓)，由于外界環(huán)境大氣壓變化小，可認(rèn)為相對恒定，因此可認(rèn)為風(fēng)洞反壓相對恒定。對于超聲速風(fēng)洞而言，模擬不同的超聲速流場，在給定的噴管型面和擴(kuò)散段型面的基礎(chǔ)上，需要風(fēng)洞達(dá)到建立超聲速時所需的最低壓比，才能建立超聲速流場，隨著M數(shù)的增加，所需的壓比也逐漸增大，M數(shù)越高，壓比的增幅顯著增加。

為了滿足上述要求，提高風(fēng)洞試驗效率，降低風(fēng)洞運行成本，實現(xiàn)風(fēng)洞在同一總壓實現(xiàn)不同M數(shù)的超聲速流場，美歐等西方發(fā)達(dá)國家采用連續(xù)式風(fēng)洞方案，在風(fēng)洞中配套多級軸流式壓縮機(jī)作為驅(qū)動，提供所需的壓比條件。而國內(nèi)還未有建立連續(xù)式超聲速風(fēng)洞的經(jīng)驗，仍然采用的是暫沖式超聲速風(fēng)洞的設(shè)計方案。暫沖式超聲速風(fēng)洞中，由于外界大氣壓是相對穩(wěn)定的，也即是風(fēng)洞的反壓時相對穩(wěn)定的，因此為了滿足建立不同M數(shù)的超聲速流場的需要，需要控制風(fēng)洞穩(wěn)定段內(nèi)的總壓以滿足所需壓比的需要。對暫沖式超聲速風(fēng)洞當(dāng)M數(shù)由1.5增至4.5，對應(yīng)風(fēng)洞的穩(wěn)定段總壓將將增加10倍左右。同時不同M數(shù)需要不同的總壓。目前，如何在暫沖式超聲速風(fēng)洞中實現(xiàn)同一總壓下建立穩(wěn)定的不同M數(shù)的超聲速流場，國內(nèi)外都缺少成功的經(jīng)驗可供借鑒。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：針對閉環(huán)回流的暫沖式超聲速風(fēng)洞不能在同一總壓下建立穩(wěn)定的不同M數(shù)的超聲速流場的問題，提供一種引射驅(qū)動的閉環(huán)回流的暫沖式超聲速風(fēng)洞流場控制方法。該方法通過擴(kuò)散段后的引射器噴射出的超速聲速氣流作為主驅(qū)動，在回流調(diào)節(jié)閥、排氣節(jié)流閥的共同作用下，實現(xiàn)風(fēng)洞回路中氣流的穩(wěn)定流動，并通過輔助進(jìn)氣調(diào)壓閥實現(xiàn)風(fēng)洞穩(wěn)定段總壓的精確控制，通過上述控制方法可在閉環(huán)回流的暫沖式超聲速風(fēng)洞中實現(xiàn)同一總壓下建立穩(wěn)定的不同M數(shù)的超聲速流場的試驗?zāi)芰Α?/p>

為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種引射驅(qū)動的閉環(huán)回流的暫沖式超聲速風(fēng)洞流場控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)運行總壓、試驗M數(shù)、氣源壓力計算輸出噴管段型面位置參數(shù)、擴(kuò)散段位置參數(shù)、引射器運行總壓和對應(yīng)位置開度、輔助進(jìn)氣總壓和對應(yīng)位置開度、回流調(diào)節(jié)閥位置開度和排氣節(jié)流閥位置開度；

步驟二、根據(jù)步驟一中計算給定的參數(shù)，通過控制系統(tǒng)，將噴管段型面、擴(kuò)散段型面、排氣節(jié)流閥開度預(yù)置到給定的目標(biāo)位置；并打開引射器系統(tǒng)和輔助進(jìn)氣系統(tǒng)的截止閥和快速閥；其中，通過伺服液壓油缸(或伺服電機(jī))將回流調(diào)節(jié)閥、排氣節(jié)流閥預(yù)置到步驟一中給定的位置開度；

步驟三、開啟引射器調(diào)壓閥，閉環(huán)控制引射器壓力至步驟一中給定的目標(biāo)壓力；