[發(fā)明專利]一種同時測量氣動力和表面熱流的風(fēng)洞試驗標模

在審

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• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113884273A
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 葉瑞;肖翔;賈廣森
• 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: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01M9/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 孫建玲

本發(fā)明提供了一種同時測量氣動力和表面熱流的風(fēng)洞試驗標模，包括彈身、彈芯、桿狀螺紋連接件、墊片、套筒、錐套和天平；彈身內(nèi)膠結(jié)固定有彈芯，彈芯為后端開放的中空殼體機構(gòu)，同軸套設(shè)在所述套筒外；套筒為后端開放的中空殼體結(jié)構(gòu)，錐套安裝在所述天平的前端，將天平穩(wěn)固在套筒中；套筒的前端放置墊片，通過桿狀螺紋連接件依次將墊片、套筒、錐套和天平固定為一體，且套筒、錐套和天平同軸；所述標模表面均勻噴涂有磷光粉末涂層，用于模型表面熱流分布的測定。本發(fā)明提供的試驗標模能在高超聲速風(fēng)洞一次試驗過程中，同時獲得模型表面熱流分布和模型氣動力結(jié)果，使得研究人員可以將模型表面流動信息與模型在風(fēng)洞流場中感受到氣動力一一對應(yīng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高速風(fēng)洞試驗技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種同時測量氣動力和表面熱流的風(fēng)洞試驗標模。

背景技術(shù)

在航空航天飛行器空氣動力性能研究中，風(fēng)洞模型試驗和數(shù)值計算是最主要的兩種研究方法。為了驗證數(shù)值計算結(jié)果的可靠性和評估CFD(Computational FluidDynamics，計算流體動力學(xué))對飛行器各種復(fù)雜流動現(xiàn)象的計算模擬能力，通常人們采用風(fēng)洞模型試驗數(shù)據(jù)來對比確認。然而，風(fēng)洞模型試驗是一種在風(fēng)洞中采用模型模擬并測量作用在模型上氣動力的復(fù)雜過程。因此，風(fēng)洞模型試驗的數(shù)據(jù)不可避免地會受到各種因素的影響而產(chǎn)生試驗誤差，如:風(fēng)洞洞壁干擾、模型的相似程度、模型支架干擾、雷諾數(shù)效應(yīng)、測量儀器的誤差等等。為了對風(fēng)洞總體性能、測試設(shè)備以及實驗方法的綜合性檢驗，研究和確認風(fēng)洞模型試驗的準度和可信度問題，研究人員采用一些簡單外形作為試驗標準外形進行風(fēng)洞試驗研究。國內(nèi)高超聲速風(fēng)洞測力實驗標模系列主要有HB-2標模、10°尖錐標模、9°鈍錐標模、AGARD-B標模。

標模測力風(fēng)洞試驗一般是采用天平測量標模氣動力。風(fēng)洞實驗時，天平承受作用在模型表面高速氣流沖擊載荷產(chǎn)生變形，粘貼在天平元件表面應(yīng)變計同時發(fā)生變形，其電阻值變化由測量電路轉(zhuǎn)換成電壓增量，該電壓增量值與天平所承受的氣動力載荷大小成正比。通過事先由天平校準確定的各分量天平輸出量與所測分量之間的關(guān)系(天平校準公式)，得到所測量的氣動力。

磷光熱圖試驗是在風(fēng)洞試驗中，將磷光材料均勻的噴涂在模型表面，選取某一波段的紫外光作為激發(fā)光源，照射具有磷光涂層的模型，使其持續(xù)發(fā)出可見光。試驗開始后模型不同部位受到不同的氣動加熱，模型表面出現(xiàn)不同的溫升。其表面涂層輻射出的不同可見光強度。光強的變化可以由試驗圖像采集設(shè)備記錄并存儲。根據(jù)靜態(tài)校準得到的輻射光強變化與溫度的對應(yīng)關(guān)系，通過光強分布得到模型表面溫度分布，然后由時間和模型表面溫度變化的關(guān)系，根據(jù)一維半無限大假設(shè)，獲得模型表面熱流分布，給出模型表面流動的流態(tài)信息。

隨著飛行器的發(fā)展，設(shè)計部門對飛行器的風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)精度要求越來越高，不僅要獲得氣動力的結(jié)果，還要求獲得氣動力對應(yīng)的模型表面的流動特征(模型流態(tài)是層流、轉(zhuǎn)捩還是湍流)。但是標模測力風(fēng)洞試驗和觀測表面流動的磷光熱圖試驗是兩種不同類型的試驗，以往都是單獨進行。想要同時獲得模型的氣動力和表面流態(tài)，至少需要進行兩次風(fēng)洞試驗。由于風(fēng)洞試驗會受到各種因素的影響，不同車次的風(fēng)洞試驗必然會引起氣流條件一些小的偏差，這導(dǎo)致模型氣動力的結(jié)果與表面流態(tài)結(jié)果不是一一對應(yīng)的，是存在偏差的。

實踐經(jīng)驗表明，要想同時獲得模型氣動力與對應(yīng)的表面流態(tài)信息，需要在一次風(fēng)洞試驗中同時獲得這兩者的結(jié)果，采用信號同步技術(shù)，可以將模型氣動力與對應(yīng)的表面流態(tài)一一對應(yīng)起來。為此，本發(fā)明提供了一種同時測量氣動力和表面熱流的風(fēng)洞試驗標模。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明人進行了銳意研究，提供了一種同時測量氣動力和表面熱流的風(fēng)洞試驗標模，能在風(fēng)洞一次試驗過程中，同時獲得模型表面熱流分布和模型氣動力結(jié)果，使得研究人員可以將模型表面流動信息與模型在風(fēng)洞流場中感受到氣動力一一對應(yīng)，從而完成本發(fā)明。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：