一种静压探针校准用超音速试验器制造技术

本发明专利技术公开的一种静压探针校准用超音速试验器，属于超音速静压探针校准领域。本发明专利技术包括超音速喷管、试验段、排气段和标准静压探针；试验段进气口口部与超音速喷管出气口相适配，试验段出气口与排气段进气口相适配；超音速喷管与试验段固定密封连接，试验段与排气段固定密封连接，标准静压探针和被校静压探针分别插入试验段上下两侧的对称孔，探针与试验段在插入孔处固定密封。本发明专利技术还公开超音速喷管优选实现方法。本发明专利技术提供一种在超音速气流环境下对静压探针开展校准工作的试验器，用于获得静压探针的静压系数，测试探针对气流偏转角度的不敏感性，用来提高实际使用中测试数据的可信度和测量准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种静压探针校准用超音速试验器
本专利技术属于超音速静压探针校准领域，涉及一种用于校准静压探针的校准装置，尤其涉及一种静压探针校准用超音速试验器。
技术介绍
测量静压所采用的静压探针，在设计、加工、装配过程中都会产生误差，从而使得所测静压结果偏离真实值。为了保证静压测量结果的准确可靠，需要在使用之前，模拟实际工况对静压探针进行校准。在国防科技工业领域，气流静压的准确测量关系到型号研制中重要基础数据的获取。因此，需要对超音速条件下静压探针开展校准工作，解决静压的测量修正问题，提高其测量准确度，从而获取真实的超音速流场信息。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在超音速气流环境下对静压探针开展校准工作的试验器，用于获得静压探针的静压系数，测试探针对气流偏转角度的不敏感性，用来提高实际使用中测试数据的可信度和测量准确性。本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。本专利技术公开的一种静压探针校准用超音速试验器，包括超音速喷管、试验段、排气段和标准静压探针。所述的试验段进气口口部与超音速喷管出气口相适配，试验段出气口与排气段进气口相适配，在试验段中部上下两侧分别对称开有用于标准静压探针和被校静压探针插入的孔。为便于描述，所述的标准静压探针和被校静压探针统称探针。超音速喷管与试验段固定密封连接，试验段与排气段固定密封连接，标准静压探针和被校静压探针分别插入试验段上下两侧的对称孔，探针与试验段在插入孔处固定密封。为实现测量探针对气流偏转角度的不敏感性，增加探针装卡装置和桥型支架，还需在试验段的插入孔处增加动密封结构。所述的探针装卡装置用于实现探针装卡及角度变换，为二自由度位移机构。探针装卡装置通过桥型支架保证与试验段的相对位置。所述的试验段包括试验段主体和动密封结构。所述的动密封结构用于实现探针旋转及密封。所述的动密封结构包括压紧螺母、压套、橡胶密封圈、塑料密封圈、法兰。法兰与试验段主体固定密封，探针插入法兰上的孔，塑料密封圈、橡胶密封圈、压套、压紧螺母依次套在探针上，通过压紧螺母压紧。为实时监测试验段轴向气流速度，在试验段主体上沿轴向方向等间距布置静压测孔。在超音速气流中测量静压时，探针的探头前方要产生激波，为了减少误差，优选采用尖锥形式的探头，并且限制顶角不超过10°，以便保证在马赫数工作范围内激波依附于探头顶端，呈斜激波形式。气流经过激波时受压缩使静压升高，随后经过探头肩部时，气流膨胀使静压降低，在气流对静压的影响相互抵消处设置探针的测压孔。所述的超音速喷管优选如下方法实现：为获得超音速气流，采用收缩-扩张的超音速喷管，气流经超音速喷管后变为超音速，在试验段的位置得到满足预设气流马赫数和品质要求的流场。超音速喷管采用特征线法设计，特征线法设计基本原理是：在超声速流场中，顺平面的气流遇到内弯的折角将产生压缩波，遇到外弯的折角将产生膨胀波。按照极限概念，能够把喷管分割成无限多个短的折线段，每两个相邻的线段之间有一个无限小折角。在初始段，因每个折角都是向外弯的，所以折角处产生无限微弱的膨胀波。而在终止段，每个折角都是向内弯的，因此在折角处产生一个无限微弱的压缩波。如果在初始段处是匀直的超声气流，则设计终止段曲线，以使初始段所产生的膨胀波全部被终止段产生的压缩波抵消，则在喷管出口获得均匀的超声速流场。但特征线方法不适用于亚声速情况，设计只能从喉道的声速流开始。利用特征线法设计能够获得理想马赫数的超音速喷管。典型的超音速喷管分为收缩段、初始段和扩张段三部分。超音速喷管要求到达喉部的音速流必须是均匀的。如果稳定段来流是均匀的，只要有一条光滑连续而又渐变的收缩曲线就能基本满足要求。收缩段采用维托辛斯基曲线公式进行设计，当收缩段入口、喉部尺寸以及收缩段长度给定后，维托辛斯基曲线形状即已确定，通过移轴的方式控制曲线形状。维托辛斯基公式为：式中，r—收缩段曲线半径；r1—收缩段曲线起始点半径；r0—收缩段曲线结束点半径；l—收缩段曲线长度；x—离收缩段曲线起始点的距离。初始段和终止段都属于喷管扩张段，定义扩张段曲线为ABC扩张型线，在B点处有最大的斜率，B称为转折点，转折点B以前的曲线称初始段，以后的曲线为终止段。A点为喷管扩张段曲线的起始点，C点为终止点。初始段曲线的设计是为了把喉部的音速来流变成转折点处的源流，流动源点位于喷管轴线上，以源点O’为中心，通过BB’圆弧上有相同的马赫数，且气流方向沿半径方向。采用Foelsch方法进行设计初始段。气流经过初始段后在末端BB’线上形成均匀源流，经验表明，在喉部与转折点之间用解析曲线，使能够在转折点得到近似的源流。Foelsch方法需要先确定转折点B，纵向位置与选择的最大膨胀角βB有关，同时与喷管出口马赫数有关，在Ma＜5时，Foelsch优先采用：式中：ν1—设计马赫数的普朗特-迈耶角，查表得；y*—喉部半径；h—喷管出口半径。转折点B的坐标xB、yB根据下式计算得到：yE＝rEsinβErB通过源流区控制方程确定，即：式中：σ——对于轴对称喷管σ＝1，二维喷管σ＝0；MaB——B点处马赫数；γ——气体比热容比，空气为1.4，燃气为1.33。MaB由对应普朗特-迈耶角νB查表得，νB可依照下式求得：为保证在转折点处满足源流条件，采用经验曲线方程如下：喷管初始段曲线的设计用于保证气流达到转折点B处已形成完全的源流，则终止段曲线BC的设计在于把所述的超声速源流转变成需要的均匀的平行于轴线的流动。为了要在喷口出口得到具有预设马赫数且平行于风洞轴线的均匀流，BC段壁面必须要消除每一条达到其上的膨胀波，使其不反射。根据极限的概念，把BC、线分割为无限多个无限短的折线段，每个折角产生的都是无限微弱的压缩波。在超声速流场中，一切微弱扰动都是沿马赫线传播的，微弱波也是一条马赫线。在超声速流动中，特征线与马赫线处处重合，故特征线就是马赫线。由B点发出的右行特征线与喷管轴线交于E，显然BC段曲线的影响只能在BE线的下游，在BEB’B区域内流动仍然是源流，当然BE线不是直线。在源流区，根据面积比关系有：对于M点的气流，再转折β角后，变为平行于风洞轴，并且达到试验段马赫数的均匀气流。由于β在0≤β≤βB的范围内变化，给定β就可以得到ν，BE线上相应的马赫数和r也就确定了，因而BE线上的每一点都是确定的。至此，完成所述的超音速喷管内壁面曲线设计。有益效果：1.本专利技术公开的一种静压探针校准用超音速试验器，能够实现超音速条件下静压探针的校准问题，对静压探针进行测量结果的修正，进而提高静压探针测量的准确性。2.本专利技术公开的一种静压探针校准用超音速试验器，增加探针装卡装置和桥型支架，在试验段的插入孔处增加动密封结构，通过对探针进行已知角度的旋转，同时，对比标准静压，掌握被校静压探针对迎风角的不敏感度，在超音速气流环境中测试静压探针对迎风角的不敏感度，为静压探针的实际使用安装提供依据。附图说明图1是本专利技术结构示意图；图2是超音速喷管扩张段示意图；图3是本专利技术中超音速喷管、试验段、排气段结构示意图；图4是本专利技术中试验段的动密封结构示意图；图5是本专利技术中标准静压探针头部结构示意图。其中：1—超音速喷管、2—试验段、2.1—试验段主体、2.1.1-静压测孔、2.1.2-探针安装座、2.2—动密封结构、2.2.1-压紧螺母、2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静压探针校准用超音速试验器，其特征在于：包括超音速喷管(1)、试验段(2)、排气段(3)和标准静压探针(6)；所述的试验段(2)进气口口部与超音速喷管(1)出气口相适配，试验段(2)出气口与排气段(3)进气口相适配，在试验段(2)中部上下两侧分别对称开有用于标准静压探针(6)和被校静压探针(7)插入的孔；为便于描述，所述的标准静压探针(6)和被校静压探针(7)统称探针；超音速喷管(1)与试验段(2)固定密封连接，试验段(2)与排气段(3)固定密封连接，标准静压探针(6)和被校静压探针(7)分别插入试验段(2)上下两侧的对称孔，探针与试验段(2)在插入孔处固定密封。

【技术特征摘要】
1.一种静压探针校准用超音速试验器，其特征在于：包括超音速喷管(1)、试验段(2)、排气段(3)和标准静压探针(6)；所述的试验段(2)进气口口部与超音速喷管(1)出气口相适配，试验段(2)出气口与排气段(3)进气口相适配，在试验段(2)中部上下两侧分别对称开有用于标准静压探针(6)和被校静压探针(7)插入的孔；为便于描述，所述的标准静压探针(6)和被校静压探针(7)统称探针；超音速喷管(1)与试验段(2)固定密封连接，试验段(2)与排气段(3)固定密封连接，标准静压探针(6)和被校静压探针(7)分别插入试验段(2)上下两侧的对称孔，探针与试验段(2)在插入孔处固定密封。2.如权利要求1所述的一种静压探针校准用超音速试验器，其特征在于：为实现测量探针对气流偏转角度的不敏感性，增加探针装卡装置(4)和桥型支架(5)，还需在试验段(2)的插入孔处增加动密封结构；所述的探针装卡装置(4)用于实现探针装卡及角度变换，为二自由度位移机构；探针装卡装置(4)通过桥型支架(5)保证与试验段(2)的相对位置；所述的试验段(2)包括试验段主体(2.1)和动密封结构(2.2)；所述的动密封结构(2.2)用于实现探针旋转及密封。3.如权利要求2所述的一种静压探针校准用超音速试验器，其特征在于：所述的动密封结构(2.2)包括压紧螺母(2.2.1)、压套(2.2.3)、橡胶密封圈(2.2.3)、塑料密封圈(2.2.4)、法兰(2.2.5)；法兰(2.2.5)与试验段主体(2.1)固定密封，探针插入法兰(2.2.5)上的孔，塑料密封圈(2.2.4)、橡胶密封圈(2.2.3)、压套(2.2.3)、压紧螺母(2.2.1)依次套在探针上，通过压紧螺母(2.2.1)压紧。4.如权利要求3所述的一种静压探针校准用超音速试验器，其特征在于：为实时监测试验段(2)轴向气流速度，在试验段主体(2.1)上沿轴向方向等间距布置静压测孔(2.1.1)。5.如权利要求4所述的一种静压探针校准用超音速试验器，其特征在于：在超音速气流中测量静压时，探针的探头前方要产生激波，为了减少误差，采用尖锥形式的探头，并且限制顶角不超过10°，以便保证在马赫数工作范围内激波依附于探头顶端，呈斜激波形式；气流经过激波时受压缩使静压升高，随后经过探头肩部时，气流膨胀使静压降低，在气流对静压的影响相互抵消处设置探针的测压孔。6.如权利要求1、2、3、4或5所述的一种静压探针校准用超音速试验器，其特征在于：所述的超音速喷管(1)选如下方法实现：为获得超音速气流，采用收缩-扩张的超音速喷管(1)，气流经超音速喷管(1)后变为超音速，在试验段(2)的位置得到满足预设气流马赫数和品质要求的流场；超音速喷管(1)采用特征线法设计，特征线法设计基本原理是：在超声速流场中，顺平面的气流遇到内弯的折角将产生压缩波，遇到外弯的折角将产生膨胀波；按照极限概念，能够把喷管分割成无限多个短的折线段，每两个相邻的线段之间有一个无限小折角；在初始段，因每个折角都是向外弯的，所以折角处产生无限微弱的膨胀波；而在终止段，每个折角都是向内弯的，因此在折角处产生一个无限微弱的压缩波；如果在初始段处是匀直的超声气流，则设计终止段曲线，以使初始段所产生的膨胀波全部被终止段产生的压缩波抵消，则在喷管出口获得均匀的超声速流场；但特征线方法不适用于亚声速情况，设计只能从喉道的声速流开始；利用特征线法设计能够获得理想马赫数的超音速喷管(1)；典型的超音速喷管(1)分为收缩段、初始段和扩张段三部分；超音速喷管(1)要求到达喉部的音速流必须是均匀的；如果稳定段来流是均匀的，只要有一条光滑连续而又渐变的收缩曲线就能基本满足要求；收缩段采用维托辛斯基曲线公式进行设计，当收缩段入口、喉部尺寸以及收缩段长度给定后...

【专利技术属性】
技术研发人员：荆卓寅，赵俭，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11