[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

一種超聲爆現象風洞試驗模擬系統及方法，屬于超聲速風洞試驗技術領域。本發明的模擬系統包括高壓驅動段、隔離膜片、支撐系統、模型、發射段、靶室、開關閥、通氣壁和加熱系統，高壓驅動段、隔離膜片、支撐系統及模型和發射段共同組成模型發生系統，用于給模型提供初速度，開關閥與通氣壁面組成外部供氣系統，其作用是將不同介質的氣體引入到靶室中，在通氣壁面出口側的近壁附近形成具有流向聲速梯度的薄層。靶室內設置加熱系統，在靶室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。本發明在工程實際應用中具有可操作性。

技術領域

本發明涉及一種聲爆特征風洞試驗方法，屬于超聲速風洞試驗技術領域。

背景技術

聲爆亦稱“音爆”，是超聲速飛機特有的聲學現象。飛機超聲速飛行時，周圍空氣流動中將產生復雜的波系結構，這些波系結構在傳播到地面處會形成明顯的兩道前后激波，激波前后產生壓強差被人耳感知后，會聽到兩聲較大聲響，該現象稱為聲爆。超聲爆是超聲速加速過程或快速機動飛行時產生的聲爆聚焦現象，一般會形成比超聲速巡航狀態下更強的激波。因此，開展超聲速飛行器機動狀態下超聲爆現象研究具有重要意義，特別是在地面風洞試驗中再現超聲爆現象并開展參數動態測量分析。

常規超聲速風洞是根據運動相似性原理開展試驗研究，試驗模型固定在地面坐標系下，氣流通過收縮-擴張的噴管加速到超聲速飛行速度。當飛行速度變化時，需要調節噴管的喉道面積或更換不同噴管來實現，無法在一次試驗中實現來流速度的實時調節，因此現有超聲速風洞試驗技術僅能滿足開展聲爆現象的研究需求，而無法開展飛行器機動狀態下超聲爆現象研究。

彈道靶是一種實現氣動試驗模型在靜止氣體中自由飛行的空氣動力學地面試驗設備，由模型發射系統、靶室以及高速測試系統組成。模型發射系統的作用給模型在進入靶室前持續提供動力，使模型加速并順利脫離發生機構，以一定的速度進入靶室。靶室的作用是給模型形成滿足一定條件的空間環境，使得模型在其中勻速運動，靶室下游含有阻力系統，用于給模型減速。高速測試系統用于實時觀測模型在靶室中運動的狀態，并通過一系列非接觸測試手段獲得空間流場參數信息。但是由于在靶室運動過程中，無法改變模型的運動速度，使得現有彈道靶試驗技術也無法滿足飛行器機動狀態下超聲爆現象研究需求。

超聲爆現象要求在來流馬赫數變化條件下進行，由上述分析可以看出，常規超聲速風洞試驗是在固定馬赫數下進行的，而彈道靶試驗是在固定的速度下進行，存在自由流馬赫數（馬赫數=飛行速度/當地聲速）變化的可能性。

相對于常規超聲速風洞，彈道靶更有希望實現超聲爆現象試驗。因此，要想在彈道靶中開展超聲爆現象研究，需要對現有彈道靶試驗技術進一步發展。

發明內容

本發明為了解決現有風洞試驗技術不能滿足超聲爆現象觀測和測量的問題，在下文中給出了關于本發明的簡要概述，以便提供關于本發明的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本發明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發明的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本發明的范圍。

本發明的技術方案：

一種超聲爆現象風洞試驗模擬系統，包括高壓驅動段、隔離膜片、支撐系統、模型、發射段、靶室、開關閥、通氣壁和加熱系統，高壓驅動段和發射段配合安裝，在高壓驅動段和發射段的連接處設有隔離膜片，所述支撐系統和模型設置在發射段內，所述發射段與靶室連通，靶室為密封艙體，靶室上具有通氣口，通氣口上安裝開關閥，靶室內部布置有通氣壁和加熱系統。

優選的：所述通氣壁與通氣口布置在靶室的同側。

優選的：所述通氣壁的表面采用孔壁或槽壁形式，通氣壁沿模型的飛行方向透氣面積單調遞增或單調遞減。

優選的：所述加熱系統設置在靶室的上壁面，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。