[發(fā)明專利]超高速再入試驗(yàn)氣流地面模擬試驗(yàn)裝置

在審

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• 申請日: 2020-10-26
• 公開（公告）號: CN112444368A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周凱;胡宗民;劉云峰;姜宗林;歐東斌
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航天空氣動力技術(shù)研究院
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00;G01M9/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

超高速再入試驗(yàn)氣流地面模擬試驗(yàn)裝置，包括氣源系統(tǒng)、爆轟段等；氣源系統(tǒng)通過輸氣管路將氫氣及氧氣充入爆轟段內(nèi)，氫氧混合物引爆后形成爆轟波，爆轟波會沖破一道膜，在激波管內(nèi)形成第一道主激波和中心膨脹波，激波管中的試驗(yàn)氣體被主激波壓縮并加速，主激波在試驗(yàn)氣體中向下游傳播至二道膜并將其沖破，隨后在加速段形成第二道入射激波和中心膨脹波，試驗(yàn)氣體通過第二道中心膨脹波的非定常膨脹作用繼續(xù)加速向下游運(yùn)動，在噴管內(nèi)通過定常膨脹作用進(jìn)一步提速，噴管出口試驗(yàn)氣體經(jīng)過上述三重加速作用可以達(dá)到再入速度條件，真空系統(tǒng)將加速段至試驗(yàn)及卸壓段整體抽至高真空狀態(tài)。本發(fā)明滿足了飛行器超高速再入飛行時(shí)高焓流動環(huán)境的地面模擬需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氣流地面模擬試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

新世紀(jì)世界各國對太空探測、星際旅行的興趣日益提升，這對飛行器的速度提出越來越高的要求。例如，美國的航天飛機(jī)從地球近地軌道再入大氣層時(shí)，速度為7.3km/s，阿波羅飛船登月后返回地球大氣層時(shí)，再入速度高達(dá)11.2km/s，火星及其他遠(yuǎn)太陽系行星探測器返回時(shí)再入速度則高達(dá)15km/s。隨著飛行器飛行速度及高度的不斷提高，其面臨的周圍流動環(huán)境也發(fā)生的改變，由簡單的凍結(jié)流動發(fā)展至平衡流動、復(fù)雜的非平衡流動。由于高溫真實(shí)氣體效應(yīng)的存在，氣體的微觀物理化學(xué)現(xiàn)象會通過熱力學(xué)、激波動力學(xué)過程對飛行器宏觀氣動力、熱規(guī)律及周圍流場的氣動物理特性產(chǎn)生影響，此時(shí)經(jīng)典的氣體動力學(xué)理論已難以勝任，高溫真實(shí)氣體效應(yīng)使得氣動熱、力的準(zhǔn)確預(yù)測變得更為困難。

飛行器超高速再入飛行時(shí)高焓流動環(huán)境的復(fù)雜性給它的研究帶來了極大的困難，其復(fù)雜程度使理論分析受到了很大限制，同時(shí)理論分析和數(shù)值模擬又極大的依賴于試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證和修正。由于飛行試驗(yàn)成本較高，大量的氣動試驗(yàn)研究還是在地面模擬設(shè)備中完成，而為了模擬飛行器超高速再入飛行時(shí)所遇到的高溫真實(shí)氣體效應(yīng)，地面試驗(yàn)研究又極大的依賴于能模擬再入速度試驗(yàn)氣流的高焓氣動設(shè)備。因此，研制一種能模擬超高速再入試驗(yàn)氣流的試驗(yàn)裝置十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：提供了一種可以模擬飛行器超高速再入飛行氣流環(huán)境的地面模擬試驗(yàn)裝置，通過三重加速效應(yīng)將試驗(yàn)氣流加速至再入速度條件，滿足了飛行器超高速再入飛行時(shí)高焓流動環(huán)境的地面模擬需求。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：超高速再入試驗(yàn)氣流模擬試驗(yàn)裝置，包括氣源系統(tǒng)、爆轟段、一道膜、激波管、二道膜、加速段、噴管、試驗(yàn)及卸壓段、真空系統(tǒng)；

氣源系統(tǒng)通過輸氣管與爆轟段一端相連；爆轟段另一端與激波管一端相連，爆轟段與激波管之間設(shè)置一道膜；激波管另一端連接加速段一端，加速段與激波管之間設(shè)置二道膜；加速段另一端連接噴管，噴管出口安裝在試驗(yàn)及卸壓段內(nèi)部，真空系統(tǒng)連接試驗(yàn)及卸壓段；試驗(yàn)及卸壓段內(nèi)部安裝試驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/p>

氣源系統(tǒng)通過輸氣管路將氫氣及氧氣充入爆轟段內(nèi)，氫氧混合物引爆后形成爆轟波，爆轟波會沖破一道膜，在激波管內(nèi)形成第一道主激波和中心膨脹波，激波管中的試驗(yàn)氣體被主激波壓縮并加速，主激波在試驗(yàn)氣體中向下游傳播至二道膜并將其沖破，隨后在加速段形成第二道入射激波和中心膨脹波，試驗(yàn)氣體通過第二道中心膨脹波的非定常膨脹作用繼續(xù)加速向下游運(yùn)動，在噴管內(nèi)通過定常膨脹作用進(jìn)一步提速，噴管出口安置在試驗(yàn)及卸壓段內(nèi)部，噴管出口試驗(yàn)氣體經(jīng)過上述三重加速作用可以達(dá)到再入速度條件，真空系統(tǒng)將加速段至試驗(yàn)及卸壓段整體抽至高真空狀態(tài)。

進(jìn)一步的，所述氣源系統(tǒng)由高壓氫氣瓶和高壓氧氣瓶組成，通過調(diào)壓閥調(diào)整壓力，遠(yuǎn)程通過電磁閥控制氣動閥進(jìn)行充氣。

進(jìn)一步的，所述爆轟段采用正向爆轟驅(qū)動，并帶有環(huán)形擴(kuò)容腔結(jié)構(gòu)，使用射流方式引爆管點(diǎn)火，對充入內(nèi)部的氫氧混合物進(jìn)行引爆，初始狀態(tài)下，爆轟段內(nèi)充氣壓力為N1，N1＝0.1～2.0MPa。

進(jìn)一步的，所述一道膜為鋼制膜片，中心銑有十字凹槽控制膜片破裂形態(tài)。