[發明專利]一種超聲爆現象風洞試驗模擬系統及方法

有效

• 申請號: 202211087106.0
• 申請日: 2022-09-07
• 公開（公告）號: CN115165289B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 高亮杰;錢戰森;冷巖;王璐;劉萬勵
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司沈陽空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/04
• 分類號: G01M9/04;G01M9/06
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 胡硯智

1.一種超聲爆現象風洞試驗模擬系統，其特征在于：包括高壓驅動段（1）、隔離膜片（2）、支撐系統（3）、模型（4）、發射段（5）、靶室（6）、開關閥（7）、通氣壁（8）和加熱系統（9），高壓驅動段（1）和發射段（5）配合安裝，在高壓驅動段（1）和發射段（5）的連接處設有隔離膜片（2），所述支撐系統（3）和模型（4）設置在發射段（5）內，所述發射段（5）與靶室（6）連通，靶室（6）為密封艙體，靶室（6）上具有通氣口（10），通氣口（10）上安裝開關閥（7），靶室（6）內部布置有通氣壁（8）和加熱系統（9）。

2.根據權利要求1所述的一種超聲爆現象風洞試驗模擬系統，其特征在于：所述通氣壁（8）與通氣口（10）布置在靶室（6）的同側。

3.根據權利要求1所述的一種超聲爆現象風洞試驗模擬系統，其特征在于：所述通氣壁（8）的表面采用孔壁或槽壁形式，通氣壁（8）沿模型（4）的飛行方向透氣面積單調遞增或單調遞減。

4.根據權利要求1所述的一種超聲爆現象風洞試驗模擬系統，其特征在于：所述加熱系統（9）設置在靶室（6）的上壁面，加熱系統采用輻射式加熱系統，通過輻射換熱過程，在靶室（6）的垂直方向上形成上高下低的溫度梯度，用于模型真實大氣環境中的溫度分層現象。

5.一種超聲爆現象風洞試驗模擬方法，是基于權利要求1的一種超聲爆現象風洞試驗模擬系統完成的試驗過程，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1.確定模型發射絕對速度；

高壓驅動段（1）和發射段（5）的連接處的隔離膜片（2）破裂后，支撐系統及模型（4）在高壓氣體的推動下，在發射段（5）內作高速運動，高壓氣體膨脹，將部分壓力能轉化為模型和氣體本身的動能，要求模型驅動壓力與模型速度之間存在以下關系式：

其中，表示模型驅動壓力、表示模型速度、表示介質聲速；t表示加速過程中的任意瞬時、0表示初始靜止狀態，表示氣體的比熱比，常溫空氣條件下，=1.4；

模型的運動過程由以下方程決定：

其中，表示模型質量、表示模型底部面積；b表示模型的前方靶室；

步驟2.確定注入介質及通氣壁條件；

若摻混介質選用比空氣分子量高的氣體，則引入量越多，當地聲速越小，對應的飛行馬赫數越高，則需要沿模型飛行方向，通氣壁（8）沿模型（4）的飛行方向透氣面積單調遞增；若摻混介質選用比空氣分子量小的氣體，則引入量越多，當地聲速越大，對應的飛行馬赫數越小，則需要沿模型飛行方向，通氣壁（8）沿模型（4）的飛行方向透氣面積單調遞減；

步驟3.確定加熱系統條件；

加熱系統（9）用于模擬真實大氣環境中的溫度分層現象，在超聲速飛行高度下，傳播空間內上下溫差在70℃以內，采用電加熱形式，在靶室（6）的垂直方向上形成上高下低的溫度梯度，用于模型真實大氣環境中的溫度分層現象，此外通過功率的調節，來控制加熱溫差；

步驟4.確定試驗流程；

根據試驗工況的需要，確定初始高壓驅動段（1）和靶室（6）的壓力，并預置到理論值；開啟加熱系統（9），使得在空間范圍內形成垂直方向上高下低的溫度梯度，以達到模擬要求；開啟開關閥（7），使得在通氣壁（8）的近壁附近形成滿足流向聲速梯度要求的薄層，對隔離膜片（2）進行破膜，開展試驗。