[發(fā)明專利]一種提高脈沖風(fēng)洞局部真空度的裝置和方法

在審

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• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112229595A
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂治國;張扣立;常雨;趙榮娟;龔紅明;廖振洋
• 申請（專利權(quán)）人: 中國空氣動力研究與發(fā)展中心超高速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/02
• 分類號: G01M9/02;G01M9/04
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 張曉林

本發(fā)明公開了一種提高脈沖風(fēng)洞局部真空度的裝置和方法，所述的裝置包括擋圈、底板、蓋板和膜片。本發(fā)明通過在驅(qū)動壓力不變的情況下，提高試驗段的抽真空能力，具體在真空管平直段內(nèi)安裝一個膜片隔斷裝置，膜片隔斷裝置將試驗段和真空容器裝置隔開，在膜片隔斷裝置前后配置旁通管路和旁通閥，在風(fēng)洞試驗準備時，首先打開旁通閥門，將試驗段、真空管平直段和真空容器裝置連通，開啟真空機組將這部分相對較大容積空間內(nèi)的氣體抽真空到所需真空要求。本發(fā)明大幅度提高了驅(qū)動壓力和試驗段真空環(huán)境壓力比值，從而達到提高風(fēng)洞驅(qū)動能力的效果，解決了現(xiàn)有真空機組和試驗段、真空管平直段、真空容器裝置的布置不能滿足使用要求的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于風(fēng)洞設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種提高脈沖風(fēng)洞局部真空度的裝置和方法。

背景技術(shù)

脈沖風(fēng)洞是一種可以產(chǎn)生高超聲速試驗氣流的風(fēng)洞設(shè)備。在高超聲速的激波風(fēng)洞和膨脹管風(fēng)洞等脈沖風(fēng)洞設(shè)備中，通常利用高壓的驅(qū)動氣體破膜后產(chǎn)生激波，由此激波對試驗氣體加熱和升壓，形成試驗所需的試驗環(huán)境和試驗氣流，為了進一步提高驅(qū)動能力，除了利用高壓驅(qū)動氣體外，通常還需在試驗段抽真空，并盡可能提高其真空度，也就是提高風(fēng)洞的高壓氣體驅(qū)動壓力與試驗段真空壓力的比值，由此可以看出：可以通過兩種方式提高風(fēng)洞的高壓氣體驅(qū)動壓力與試驗段真空壓力的比值，也就是兩種方式提高風(fēng)洞的驅(qū)動能力。一方面，提高驅(qū)動氣體壓力也可以提高驅(qū)動能力，但是提高驅(qū)動氣體壓力一是需要更多的驅(qū)動氣體，二是需要設(shè)備具備承受更高壓力的能力，事實上，提高設(shè)備驅(qū)動壓力是要受到設(shè)備本體結(jié)構(gòu)強度以及供氣設(shè)備壓力等級等方面的限制，將驅(qū)動氣體壓力提高一倍，高壓氣體驅(qū)動壓力與試驗段真空壓力的比值也隨之提高一倍，因此，不能通過大幅度提高驅(qū)動氣體壓力的方法提高設(shè)備的驅(qū)動能力；另一方面，降低試驗段環(huán)境真空壓力也能提高風(fēng)洞的驅(qū)動能力，只要將試驗段的真空環(huán)境壓力降低一個數(shù)量級，高壓氣體驅(qū)動壓力與試驗段真空壓力的比值就提高了一個數(shù)量級，顯然第二種方法提高風(fēng)洞的驅(qū)動能力效率相對較高。

此外，為了確保試驗設(shè)備安全，需要滿足風(fēng)洞試驗后試驗段的平衡壓力低于環(huán)境壓力(大氣壓)，通常還需要在風(fēng)洞試驗段后接上大容積的真空管平直段和真空容器裝置，用于收集風(fēng)洞運行時的高壓驅(qū)動氣體。在風(fēng)洞試驗時，首先對試驗段和真空容器裝置形成的空間抽空，使試驗段和真空容器裝置的真空壓力維持到一定水平，經(jīng)過激波壓縮的高溫高壓的試驗氣體通過噴管向試驗段和真空容器裝置膨脹，形成高速的試驗氣流，風(fēng)洞試驗段內(nèi)的真空壓力越低，驅(qū)動氣體壓力和試驗段真空環(huán)境壓力比值越大，意味著風(fēng)洞的驅(qū)動能力越強，試驗氣流的參數(shù)(速度、焓值等)越高，也就是風(fēng)洞的模擬范圍越寬，風(fēng)洞的模擬能力越強。

在脈沖設(shè)備中，高的試驗狀態(tài)，如高焓試驗，氣流速度、焓值、總溫、總壓相對較高，要求的驅(qū)動能力也高，常規(guī)狀態(tài)下滿足的真空機組不能完全滿足高狀態(tài)的試驗要求。

為了保障高狀態(tài)試驗流場的正常建立，在高狀態(tài)風(fēng)洞試驗時，激波風(fēng)洞和膨脹管風(fēng)洞的試驗段與真空容器裝置連接在一起，兩者的真空度保持一致。在相同的驅(qū)動壓力條件下，風(fēng)洞試驗段的真空環(huán)境壓力越低，風(fēng)洞的驅(qū)動能力越強。但試驗段和真空平管直段以及真空容器裝置加起來總的容積空間通常較大，比如250立方，在從大氣壓到10Pa的范圍內(nèi)，現(xiàn)有的真空機組相對較快抽到，此后從10Pa到1Pa甚至0.5Pa的抽空過程中，由于抽空容積固定且相對較大，現(xiàn)有的真空機組抽空效率非常低，再加上泄漏或析出等原因，很難將大容積的試驗段與真空容器裝置抽到1Pa的真空壓力，更別說抽到真空壓力0.5Pa及更高的真空壓力，因此，對于高狀態(tài)試驗的模擬，現(xiàn)有的真空機組和試驗段、真空管平直段、真空容器裝置的布置不能滿足要求，需要發(fā)展一種滿足風(fēng)洞高狀態(tài)模擬的驅(qū)動條件或能力。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種提高脈沖風(fēng)洞局部真空度的裝置和方法，本發(fā)明通過降低試驗段真空環(huán)境壓力，從而提高風(fēng)洞運行時驅(qū)動壓力和試驗段真空環(huán)境壓力的比值，從而提高風(fēng)洞的驅(qū)動能力。

具體采用如下技術(shù)方案：

一種提高脈沖風(fēng)洞局部真空度的裝置，其特點是，所述的裝置包括：擋圈、底板、蓋板和膜片；