[發明專利]一種純凈氣體射流風洞的控制方法

有效

• 申請號: 202011168981.2
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112197931B
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 高占彪;顧洪斌;黃河激;孟東東;岳連捷
• 申請（專利權）人: 中國科學院力學研究所
• 主分類號: G01M9/04
• 分類號: G01M9/04
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 焦海峰

本發明屬于風洞試驗技術領域，為了能在實驗室環境下開展飛行器或發動機相關試驗，本發明提供了一種純凈氣體射流風洞的控制方法，該方法包括：試驗就緒階段，小流量充氣階段、引射啟動階段、風洞試驗階段、放氣階段等步驟。首先對蓄熱罐內進行小流量蓄熱罐增壓，待壓力到達預設值后，啟動引射系統后通過大流量充氣路實現總壓穩壓控制，進而進行風洞試驗，試驗結束后排掉罐內余氣。本發明實現了蓄熱罐增壓、引射系統啟動、總壓穩壓控制、進而實現純凈氣體風洞安全自動運行控制。適用于基于蓄熱加熱方式的純凈氣體自由射流試驗設備。

技術領域

本發明屬于風洞試驗技術領域，具體地涉及一種純凈氣體風洞的控制方法，特別涉及一種蓄熱式純凈氣體自由射流風洞的自動控制方法，適用于地面可產生高溫高壓高速純凈氣體的地面試驗設備。

背景技術

為了能在實驗室環境下開展吸氣式高超音速推進試驗，必須建造能模擬真實飛行狀態下總溫、總壓、馬赫數和氣體組分等的風洞設備,從而在接近實際飛行條件的氣流中開展試驗。目前最常用的連續式能量添加方式主要有電弧加熱、燃燒加熱、電阻加熱、蓄熱加熱。電弧加熱通過高壓直流電弧的能量添加來產生高溫氣流，加熱能力可在3000K以上，但存在Nox、電極污染和流動不均勻性等問題；燃燒加熱器將空氣、氧氣和燃料的高溫燃燒產物作為風洞試驗氣體，最高可以提供馬赫數8.0左右的模擬能力，但伴隨產生的水蒸汽、CO2及一些非平衡污染組分；電阻加熱通過大功率電阻元件的發熱來加熱氣流，可以產生純凈試驗空氣，但常規材料難以模擬馬赫數5以上的條件；蓄熱加熱通過與高溫蓄熱材料單元的對流換熱來加熱氣流，原理上沒有引人污染組分、雜質，理論上可以供應完全滿足物理化學特性的高溫空氣。因此，蓄熱式純凈氣體射流風洞成為了國內外超燃沖壓發動機地面試驗的發展趨勢，有著廣闊的應用前景。

國際上，各航天大國對蓄熱式純凈氣體試驗設備的研究和發展給予極大的關注和重視，已經建成一批極具代表性的設備并投入了運行，如美國NASA格林研究中心高超音速風洞設備(HTF)、日本宇航院FJTF風洞、法國空間局(ONERA)S4風洞等，為高超音速推進技術發展起到了重要的推動作用。國內，部分科研院所和高校對蓄熱式純凈氣體風洞相關技術做了大量的研究，但目前尚無能夠模擬飛行馬赫數5以上的蓄熱式純凈氣體射流風洞建成，中科院力學所正在調試并即將投入使用的的純凈空氣風洞有望能夠填補這一空白，為開展純凈的來流試驗、“污染效應”評估、發動機天地性能對比研究提供地面基準試驗條件。

但面對全新模式的風洞，如何讓其平穩、可靠、有效的運行是蓄熱式風洞的研制眾多難點之一。關于蓄熱式風洞運行控制方法公開的資料相對較少，筆者通過大量相關文獻調研和對力學所純凈空氣風洞調試過程中的親身經歷總結出現有風洞控制方法面對蓄熱式風洞運行控制時的問題：

1、原有射流風洞控制方法多采用多路并行的控制思想，難以應對遞推式的蓄熱風洞運行過程；

2、大流量高壓氣流進入蓄熱罐時，會使蓄熱體存在浮起的危險，從而對蓄熱體造成不可逆損壞；如果高壓氣流流量過小，導致充氣時間長，在高溫高壓富氧環境下會造成相關設備嚴重燒蝕或損壞；

3、風洞試驗階段，如何實現總壓穩定是保證流場品質的關鍵；

4、試驗結束階段，既要及時排空蓄熱罐內高溫高壓殘余氣體，又不能使蓄熱罐形成負壓環境，以免造成蓄熱體的損壞。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種純凈氣體射流風洞的自動控制方法克服上述問題，實現了蓄熱罐增壓、引射系統啟動、總壓穩壓控制、進而實現純凈氣體風洞安全、穩定的運行。本發明的目的通過以下技術方案來實現：

本發明采取的技術方案為：

一種純凈氣體射流風洞的控制方法，用于蓄熱式的純凈氣體射流風洞，自蓄熱完成試驗開始到高溫閥關閉試驗結束分別以t0、t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8表示各個時間節點，該方法包括以下步驟：