[發(fā)明專利]超聲速進(jìn)氣道自適應(yīng)試驗(yàn)節(jié)流系統(tǒng)及其控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210049643.X
• 申請(qǐng)日: 2022-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN114635802A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉君;袁化成;王云飛;劉甫州;李錚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): F02C9/20
• 分類號(hào): F02C9/20;F01D21/00;G01M9/04
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 梅學(xué)兵

本發(fā)明公開了一種超聲速進(jìn)氣道自適應(yīng)試驗(yàn)節(jié)流系統(tǒng)及其控制方法，其中超聲速進(jìn)氣道自適應(yīng)試驗(yàn)節(jié)流系統(tǒng)包括進(jìn)氣通道，所述進(jìn)氣通道內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)壓力傳感器，所述壓力傳感器與控制器通信連接，所述控制器與驅(qū)動(dòng)裝置連接，所述驅(qū)動(dòng)裝置的輸出端與節(jié)流錐連接，所述節(jié)流錐設(shè)置在所述進(jìn)氣通道的出口處；所述控制器根據(jù)所述壓力傳感器檢測(cè)到的壓力信號(hào)控制所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述節(jié)流錐沿著氣流方向來回移動(dòng)；本發(fā)明通過將進(jìn)氣道內(nèi)沿程壓力信號(hào)反饋到進(jìn)氣道節(jié)流錐的控制器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)流系統(tǒng)堵塞比的實(shí)時(shí)控制，并準(zhǔn)確的捕獲進(jìn)氣道的臨界狀態(tài)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及進(jìn)氣道試驗(yàn)研究領(lǐng)域，特別涉及一種超聲速進(jìn)氣道自適應(yīng)試驗(yàn)節(jié)流系統(tǒng)及其控制方法。

背景技術(shù)

理論分析、數(shù)值仿真和風(fēng)洞試驗(yàn)是研究超聲速進(jìn)氣道流動(dòng)特性的三大主要手段。簡(jiǎn)單的流動(dòng)問題可通過理論分析獲得解析解，對(duì)于復(fù)雜流動(dòng)而言，通常采用數(shù)值仿真和風(fēng)洞試驗(yàn)的方式獲得流場(chǎng)特性，其中風(fēng)洞試驗(yàn)起到對(duì)理論和數(shù)值仿真結(jié)果的驗(yàn)證作用，因此風(fēng)洞試驗(yàn)尤為關(guān)鍵。在超聲速進(jìn)氣道的研制過程中，通常需要通過風(fēng)洞試驗(yàn)來獲取其氣動(dòng)特性。

進(jìn)氣道對(duì)于超聲速飛行器而言，主要起到對(duì)氣流的減速增壓的作用，同時(shí)還需盡可能降低氣流周向總壓畸變。為了獲取進(jìn)氣道流動(dòng)特性，在風(fēng)洞中通常采用節(jié)流錐來模擬發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，產(chǎn)生的背壓條件，通過改變節(jié)流錐的堵塞比來改變進(jìn)氣道出口背壓條件。由于堵塞比和進(jìn)氣道出口背壓并不是嚴(yán)格呈線性關(guān)系，因此在試驗(yàn)過程中需要通過多次嘗試的方法來獲取臨界狀態(tài)的堵塞比。臨界狀態(tài)對(duì)于超聲速進(jìn)氣道而言，尤為關(guān)鍵，引起進(jìn)氣道氣動(dòng)特性在臨界狀態(tài)點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)折，當(dāng)堵塞比大于臨界堵塞比時(shí)，進(jìn)氣道工作在亞臨界狀態(tài)，此時(shí)進(jìn)氣道出現(xiàn)明顯的溢流情況，隨著亞臨界程度的加劇，進(jìn)氣道將出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，喘振過程伴隨著流量的周期性振蕩，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作不利；當(dāng)堵塞比小于臨界堵塞比時(shí)，進(jìn)氣道處于超臨界狀態(tài)，此時(shí)進(jìn)氣道內(nèi)激波損失較大，隨著超臨界狀態(tài)的加劇，進(jìn)氣道將出現(xiàn)顫振，顫振頻率較高，有可能會(huì)引起結(jié)構(gòu)上的損壞。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種可快速且準(zhǔn)確地捕捉超聲速進(jìn)氣道臨界狀態(tài)的超聲速進(jìn)氣道自適應(yīng)試驗(yàn)節(jié)流系統(tǒng)及其控制方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一方面提供一種超聲速進(jìn)氣道自適應(yīng)試驗(yàn)節(jié)流系統(tǒng)，包括進(jìn)氣通道，所述進(jìn)氣通道內(nèi)部設(shè)置有多個(gè)壓力傳感器，所述壓力傳感器與控制器通信連接，所述控制器與驅(qū)動(dòng)裝置連接，所述驅(qū)動(dòng)裝置的輸出端與節(jié)流錐連接，所述節(jié)流錐設(shè)置在所述進(jìn)氣通道的出口處；所述控制器根據(jù)所述壓力傳感器檢測(cè)到的壓力信號(hào)控制所述驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述節(jié)流錐沿著氣流方向來回移動(dòng)。

作為優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述節(jié)流錐滿足公式(1)的要求

式中，R為節(jié)流錐底面的半徑，L為節(jié)流錐的底面圓心到頂部的距離，L(x)為節(jié)流錐的底面圓心與頂部的直線上任意一點(diǎn)到頂部的距離，R(x)為節(jié)流錐任意一底面圓心與頂部的直線上任意一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫截面半徑。

作為優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)的輸出軸與所述節(jié)流錐連接。

作為優(yōu)選的一種技術(shù)方案，所述壓力傳感器設(shè)置在喉道處。

另一方面，本發(fā)明還提供一種對(duì)上述超聲速進(jìn)氣道自適應(yīng)試驗(yàn)節(jié)流系統(tǒng)的控制方法，包括：

步驟一、通過驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)所述節(jié)流錐朝向來流方向移動(dòng)，并獲取壓力傳感器的壓力數(shù)據(jù)；

步驟二、當(dāng)所述壓力數(shù)據(jù)出現(xiàn)階躍時(shí)，立刻通過控制器控制所述驅(qū)動(dòng)裝置停止工作，并記錄此時(shí)節(jié)流錐的位置。

步驟三、根據(jù)不同位置的壓力傳感器所檢測(cè)的壓力數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的階躍時(shí)間所對(duì)應(yīng)節(jié)流錐的位置，從而確定進(jìn)氣道的臨界狀態(tài)。