[發明專利]開式循環風洞的低氣壓風速標定系統

在審

• 申請號: 201910054125.5
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN109613304A
• 公開（公告）日: 2019-04-12
• 發明（設計）人: 尹曉芳;王晶;高慶華;王潤澤;侯雅琴;任曉宇;許可;邵鈺杰
• 申請（專利權）人: 北京衛星環境工程研究所
• 主分類號: G01P21/02
• 分類號: G01P21/02;G01M9/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種低壓風速校準系統，包括校準風洞洞體和氣源系統，其校準風洞洞體主要功能是產生特定速度的射流；氣源系統用于洞體的壓力、速度和溫度的調節與保障。本發明為低壓風速標定提出了解決方案，該系統可以作為熱線風速儀、熱球風速儀、超聲風速儀校準用標準速度源，使之在坐標架和熱線系統的配合下，完成在火星車熱試驗模擬艙內的熱線探頭校準。

技術領域

本發明屬于航天器地面熱試驗技術領域，具體涉及到一種火星表面風速環境模擬標定系統，此系統作為熱線探頭校準用標準速度源，使之在坐標架和熱線系統的配合下，能夠完成在某環境模擬艙內的熱線探頭校準。

背景技術

火星車熱試驗需要模擬和測量火星表面0-15m/s的風速，壓力范圍600Pa～1000Pa，固體邊界溫度變化范圍為-128℃～0℃。地面風速測量的壓力環境一般為1個大氣壓(101325Pa)，在地球表面壓力下，無論是機械式、熱線式、激光式等，均可獲得較為理想的結果，但是對于火星表面的低氣壓和氣體溫度變化劇烈環境，在原理或測量方式上均存在一定的局限性。

常用的標定技術包括旋轉法，密閉循環風洞法，開式循環風洞，密閉移動式標定方法。

開式的循環風洞利用前端的壓力源和后端的泵抽速平衡，實現試驗段的壓力保持在需要的壓力；氣體溫度利用前端壓力源調節的氣體溫度來實現。

NASA蘭利中心具備該設備，試驗段為直徑150mm，曾經為海盜號標定風速傳感器；美國華盛頓大學的設備試驗段為直徑38mm；牛津大學的該設備試驗段為直徑180mm，用來標定小獵犬二號風速傳感器；日本東京大學風速標定設備試驗段直徑50mm，采用引流方式。

由上述分析可以看出，歐美等國已初步掌握了開式循環風洞標定技術，并成功應用到低氣壓風速標定中。目前，我國對于開式循環風洞低氣壓標定方法還沒有開展相關的研究工作。

因此，設計和發明一種開式循環風洞低氣壓標定系統對模擬火星表面環境具有積極的現實意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一個火星表面壓力、溫度、風速、風向、氣體氛圍等的綜合熱環境，作為熱線探頭校準用標準速度源，使之在坐標架和熱線系統的配合下，能夠完成在某環境模擬艙內的熱線探頭校準，為火星車有風熱環境試驗提供支撐。

為解決上述問題，本發明采用的技術方案如下：

本發明適用于火星車熱試驗風速標定系統，包括校準風洞洞體和氣源系統，氣源系統由穩壓部分、流量控制部分、溫度控制部分、補氣部分、PLC部分組成，其中校準風洞洞體用于產生特定速度的射流；氣源系統用于洞體的供氣和速度、溫度的調節與保障，校準風洞洞體由擴散段、整流元件、穩定段和噴嘴組成，經過流量和溫度控制的工質從穩定段上游供氣管路進入洞體，在壓差作用下，氣流以較高速度噴入穩定段，經折流板阻擋，改變其流動方向，使其迅速擴散至整個截面，形成相對均勻低速的流動狀態；擴散段下游的多孔材料、蜂窩器和濾網進一步均勻氣流、破碎渦旋、降低湍流度，使進入穩定段的流動品質進一步改善。

進一步地，穩定段是一段光滑直管，目的是使氣流在直管流動中形成比較穩定的流動狀態。

其中，噴嘴與洞體的穩定段是合為一體的，噴嘴采用成熟的維氏曲線，通過良好氣動性能的收縮，形成穩定的流動分布和較小的湍流度。

其中，為了供氣流量、抽氣能力和等速區直徑的匹配，采用3個噴嘴出口直徑實現不同壓力條件下的速度校準。

整流元件由多孔材料、蜂窩器和濾網組成，為簡化結構，在擴散段出口處安裝整流元件實現整流段整流功能，不再有單獨結構的整流段。

其中，擴散段采用折流進氣方式減小進氣段尺寸，同時使氣流在盡可能短的距離充滿洞體截面，在壓差作用下，氣流以較高速度噴入穩定段，經折流板阻擋，改變其流動方向，使其迅速擴散至整個截面，形成相對均勻低速的流動狀態。