[發明專利]一種Ludwieg管式靜風洞及其起動方法

在審

• 申請號: 202110614246.8
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113720571A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 肖翔;姚大鵬;邵忠杰;李睿劬;陳星;宮建
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 主分類號: G01M9/02
• 分類號: G01M9/02;G01M9/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

本發明提供了一種Ludwieg管式靜風洞及其起動方法，基于雙膜段起動裝置置于噴管下游的靜風洞，在起動過程中由于上游總壓較低，雙膜段充氣壓力相應較低，采用傳統放氣破膜方式進行破膜起動時，由于壓差較小，膜片破裂不完全流場很難建立。為了Ludwieg管式靜風洞起動中破膜完全，流場順利建立，提出一種雙膜段充氣破膜方式及相應的Ludwieg管式靜風洞。根據風洞噴管出口設計雙膜段直徑，根據氣量計算雙膜段長度，以及雙膜段和真空罐間距離。膜片采用鋁制膜片，單面刻槽，槽口統一朝下游安裝。試驗前充氣至上游壓力一半，起動時給雙膜段充氣，破膜后迅速關閉充氣閥。本發明為Ludwieg管式靜風洞穩定運行提供相應的支持，經過試驗驗證，破膜成功率100％，管式風洞流場全部建立。

技術領域

本發明屬于風洞試驗技術領域，特別涉及一種Ludwieg管式靜風洞及其起動方法。

背景技術

為了模擬高速飛行時的低噪聲流場，必須研制靜風洞作為地面試驗模擬設備。在靜風洞設計中，將起動裝置置于噴管下游，能夠消除起動裝置對噴管流場的影響，從結構上降低來流噪聲的引入，達到抑制噴管壁面邊界層轉捩的作用。

Ludwieg管式靜風洞來流總壓低，起動裝置即雙膜段位于噴管下游，從上游驅動段到雙膜段再到下游與連接段相連的真空罐之間壓力差相比于常規激波風洞激波管高壓段和低壓段之間壓力差小很多。同時，膜片本身由于材料屬性、切割工藝等微小區別，破膜壓力為一個范圍。兩側壓力差較小，這就導致膜片選擇比較困難，很可能壓力波動范圍涵蓋了破膜壓力，給雙膜破膜起動帶來很大不確定性。

因此，有必要針對起動裝置位于噴管下游的Ludwieg管式靜風洞起動問題，提出合理的風洞結構設計和起動方法，穩定獲得風洞流場。

發明內容

為了克服現有技術中的不足，本發明人進行了銳意研究，提供了一種 Ludwieg管式靜風洞及其起動方法，通過對風洞結構設計并采用充氣式破膜，能夠迅速進行雙膜段破膜，實現破膜完全，從而建立穩定的靜風洞流場，經過試驗驗證，破膜成功率100％，管式風洞流場全部建立。

本發明提供的技術方案如下：

第一方面，一種Ludwieg管式靜風洞，由上游至下游包括依次連接的驅動段、噴管段、試驗段、雙膜段和連接段，所述驅動段、噴管段和試驗段連通，存儲有風洞運行所需要的高溫高壓空氣；所述雙膜段的兩側通過膜片封端，內部氣壓低于上游總壓，直徑為試驗段直徑的1.1～1.2倍，長度為其直徑的1.1～1.3 倍，膜片承壓能力為上游總壓的70％～90％；所述連接段與真空罐連通，真空度為20Pa以下。

第二方面，一種Ludwieg管式靜風洞的起動方法，包括如下步驟：

步驟1，設置Ludwieg管式靜風洞，使其由上游至下游包括依次連接的驅動段、噴管段、試驗段、雙膜段和連接段，其中，所述驅動段、噴管段和試驗段連通，用于存儲風洞運行所需要的高溫高壓空氣，所述雙膜段的兩側通過膜片封端，內部氣壓低于上游總壓，直徑為試驗段直徑的1.1～1.2倍，長度為其直徑的1.1～1.3倍，膜片承壓能力為上游總壓的70％～90％，并將連接段與真空罐連通；

步驟2，試驗前，向雙膜段充氣至上游總壓的40％～60％；風洞起動時，向雙膜段充氣至雙膜段兩側的膜片破裂，然后迅速關閉充氣閥，停止向雙膜段充氣。

根據本發明提供的一種Ludwieg管式靜風洞及其起動方法，具有以下有益效果：

(1)本發明提供的一種Ludwieg管式靜風洞，為充氣式破膜而進行的專門性設計，雙膜段直徑為試驗段直徑的1.1～1.2倍，直徑稍大于試驗段直徑，破膜后下游干擾小；長度為其直徑的1.1～1.3倍，長度選擇過短會影響破膜時膜片干擾，過長會使得雙膜段容積變大，充氣時需要更多氣體，在下膜破裂后，雙膜段壓力降低緩慢，不利于上膜的迅速破裂；