一种来流参数宽范围可调的亚-超剪切层研究实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种来流参数宽范围可调的亚‑超剪切层研究实验装置，包括相连接且内部连通的试验段腔体和观察段腔体，试验段腔体的前端用于与亚声速气流装置相连通；试验段腔体内沿轴向安装有超声速喷管，超声速喷管与高温气流相连通，超其内内用于高温气流贯穿通过，变为超声速气流；超声速喷管与试验段腔体的走向相一致，其后端穿出试验段腔体的后端；超声速喷管的宽度与试验段腔体的宽度相一致，安装超声速喷管后，将试验段腔体内分成上下两个独立的流道，使进入的亚声速气流分成对应的两路，由该两个流道贯穿通行，超声速气流与亚声速气流由对应的出口进入观察段腔体内，进入的同时，两种气流进行剪切混合。能够满足来流参数宽范围可调节的亚‑超剪切层发展特性研究。

An experimental device for study of sub super shear layer with adjustable wide range of incoming parameters

The invention discloses a sub-super-shear layer research experimental device with adjustable inflow parameters in a wide range, including a connected and internally connected test section cavity and an observation section cavity, and the front end of the test section cavity is used for connecting with the subsonic gas flow device; a supersonic nozzle and a supersonic nozzle are installed along the axial direction in the test section cavity. Connected with the high temperature air flow, the supersonic nozzle is changed into the supersonic air flow after the high temperature air flow penetrating through it; the direction of the supersonic nozzle is consistent with the cavity of the test section, and the rear end of the supersonic nozzle penetrates the back end of the cavity of the test section; the width of the supersonic nozzle is consistent with the width of the cavity of the test section; after the supersonic nozzle is installed, the cavity of the test section is changed. The body is divided into two separate channels, so that the subsonic flow into the corresponding two channels, through the two channels, supersonic flow and subsonic flow from the corresponding outlet into the observation section of the cavity, into the same time, the two kinds of flow shear mixing. It can meet the development characteristics of the sub shear super shear layer with wide range of incoming parameters.

【技术实现步骤摘要】
一种来流参数宽范围可调的亚-超剪切层研究实验装置
本专利技术属于内嵌火箭冲压组合发动机
，具体涉及一种来流参数宽范围可调的亚-超剪切层研究实验装置。
技术介绍
内嵌火箭冲压组合发动机以其能够兼顾火箭发动机的大推力性能以及冲压发动机的高比冲性能而被广泛关注，自然其工作过程中所涉及的流动燃烧问题的研究则具有重要意义。超声速火箭尾流与亚声速冲压气流之间的混合流动过程对于燃烧室的高效燃烧及发动机性能具有直接影响关系。因此，对于亚-超剪切层一类的可压缩剪切层研究十分必要。相比于一般可压缩剪切混合流动而言，火箭尾气与冲压气流之间形成的剪切层具有速度梯度大、温度梯度大、发展空间受限等特点，从而导致剪切混合流可压缩性更强，流场结构更加复杂。而目前，对于亚-超剪切层的实验研究多针对相对较小的速度梯度以及温度梯度工况展开。例如，比较典型的Stanford大学高温气动实验室(JournalofFluidMechanical,1995)的可压缩剪切层实验装置为二维平面亚-超剪切，主要包括增压段、试验段、扩张段等，其中增压段内由超声速喷管和亚声速喷管组成，中间由隔板隔开；而亚声速和超声速气流均是经过空压机压缩进入一定规格的储箱，并分别在各自控制阀的作用下提供来流条件。该装置实验过程中速度范围为110～508m/s,温度为常温；后期经过改进(TobiasRossmann的博士论文)，温度最高可达700K。国内国防科学技术大学的超声速混合层风洞(赵玉新博士论文)为真空抽吸式结构，主要用于研究超-超气流之间的剪切作用，实验温度为常温，速度范围为400～670m/s。综合国内外的研究发现，目前亚-超剪切层研究的实验装置大多针对对流马赫数Mc<1，的情况开展研究，Mc＝(u1-u2)/(c1+c2),其中u为气流速度，c为气流的当地声速，而对于更高的Mc状态相应的实验研究则较少。因此，一种来流参数大梯度宽范围可调节的亚-超剪切层研究实验装置的设计尤为重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种来流参数宽范围可调的亚-超剪切层研究实验装置，能够满足来流参数宽范围可调节的亚-超剪切层发展特性研究。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是，一种来流参数宽范围可调的亚-超剪切层研究实验装置，包括相连接且内部连通的试验段腔体和观察段腔体，试验段腔体的前端用于与亚声速气流装置相连通；试验段腔体内沿轴向安装有超声速喷管，超声速喷管与高温气流相连通，其内用于高温气流贯穿通过，变为超声速气流；超声速喷管与试验段腔体的走向相一致，其后端穿出试验段腔体的后端；超声速喷管的宽度与试验段腔体的宽度相一致，安装超声速喷管后，将试验段腔体内分成上下两个独立的流道，使进入的亚声速气流分成对应的两路，由该两个流道贯穿通行，超声速气流与亚声速气流由对应的出口进入观察段腔体内，进入的同时，两种气流进行剪切混合。进一步地，还包括燃气发生器，燃气发生器与超声速喷管相连通，其内用于不同当量比的乙烯与空气混合燃烧，以提供不同温度的高温气流。进一步地，该声速喷管沿气流流向上包括依次相连接的支板、燃气整流段和拉法尔喷管段；支板沿气流流向包括一体连接的实心楔形段和等直段，等直段与燃气整流段的进口端一体密封连接；燃气整流段和拉法尔喷管段一体连接、且相连通，形成贯通的腔体，且在沿气流方向上，拉法尔喷管段的内型面为拉法尔结构；燃气整流段上、且位于其前端开设有连通外部与腔体的通孔。进一步地，该试验段腔体上、且位于其前端，开设有垂直腔体、并与腔体相连通的高温气流通道，用于连通燃气发生器和超声速喷管；在装配时，高温气流通道的位置与通孔的位置相对应。进一步地，该试验段腔体与超声速喷管可拆卸安装，试验段腔体的前后侧的内壁上轴向设置有凸棱，超声速喷管的外壁上，其相对侧轴向开设有与凸棱相配装的凹槽。进一步地，该试验段腔体和观察段腔体可拆卸连接，实现方式为：在试验段腔体和观察段腔体上、且位于连接处开设连接孔，连接孔通过固定销连接固定。进一步地，该燃气整流段内，且与通孔相对侧面，内侧壁沿气流流向方向为圆弧状。进一步地，该超声速喷管安装于试验段腔体的中轴线位置处。进一步地，该观察段腔体的壁体采用光学玻璃，光学玻璃通过设置于其上的盖板与试验段腔体固定，并且盖板只覆盖于光学玻璃的四边上。本专利技术还公开了上述的一种超声速喷管，其内部用于气流贯通穿过，沿气流流向上包括依次相连接的支板、燃气整流段和拉法尔喷管段；支板沿气流流向包括一体连接的实心楔形段和等直段，等直段与燃气整流段的进口端一体密封连接；燃气整流段和拉法尔喷管段一体连接、且相连通，形成贯通的腔体，且在沿气流方向上，拉法尔喷管段的内型面为拉法尔结构；燃气整流段上、且位于其前端开设有连通外部与腔体的通孔。本专利技术一种来流参数宽范围可调的亚-超剪切层研究实验装置具有如下优点：采用乙烯燃烧加热方式获得高温燃气，并通过调整燃料和空气的当量比以实现温度的宽范围调节，通过调整可拆卸的超声速喷管段拉伐尔喷管的扩张比实现速度的宽范围调节，并由此获得来流参数宽范围可调节的亚-超剪切层；这样能够更加真实的模拟实际工作过程中高温燃气与常温冲压气流之间的剪切混合作用，结合测试技术掌握亚-超剪切层发展规律及来流参数对剪切层增长率的影响特性，对于工程实际应用中提出合理适用的增强混合措施奠定基础，同时对于深入了解亚-超剪切混合流这类湍流流动问题提供实验数据支撑。同时，本专利技术具有简单、易实现的优势。附图说明图1是本专利技术一种来流参数宽范围可调的亚-超剪切层研究实验装置的后视结构示意图。图2为本专利技术一种来流参数宽范围可调的亚-超剪切层研究实验装置的后视结构示意图的D-D剖面图；图3为本专利技术中超声速喷管的纵剖面图；图4为试验段腔体内纹影实验结果；图5为纹影实验获得的归一化厚度增长率与理论结果对比图；其中：1.试验段腔体；2.观察段腔体；3超声速喷管；3-1.支板；3-2.燃气整流段；3-3.拉法尔喷管段；4.燃气发生器；5.观测窗；6.盖板；7.高温气流通道；8.连接孔；9.固定销。具体实施方式本专利技术一种来流参数宽范围可调的亚-超剪切层研究实验装置，如图1和图2所示，包括相连接且内部连通的试验段腔体1和观察段腔体2，试验段腔体1的前端用于与亚声速气流装置相连通；试验段腔体1内沿轴向安装有超声速喷管3，超声速喷管3与高温气流相连通，其内用于高温气流贯穿通过，变为超声速气流；超声速喷管3与试验段腔体1的走向相一致，其后端穿出试验段腔体1的后端；超声速喷管3的宽度与试验段腔体1的宽度相一致，安装超声速喷管3后，将试验段腔体1内分成上下两个独立的流道，使进入的亚声速气流分成对应的两路，由该两个流道贯穿通行，超声速气流与亚声速气流由对应的出口进入观察段腔体2内，进入的同时，两种气流进行剪切混合。还包括燃气发生器4，燃气发生器4与超声速喷管3相连通，其内用于不同当量比的乙烯与空气混合燃烧，以提供不同温度的高温气流。如图3所示，超声速喷管3沿气流流向上包括依次相连接的支板3-1、燃气整流段3-2和拉法尔喷管段3-3；支板3-1沿气流流向包括一体连接的实心楔形段和等直段，等直段与燃气整流段3-2的进口端一体密封连接；燃气整流段3-2和拉法尔喷管段3-3一体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种来流参数宽范围可调的亚‑超剪切层研究实验装置，其特征在于，包括相连接且内部连通的试验段腔体(1)和观察段腔体(2)，所述试验段腔体(1)的前端用于与亚声速气流装置相连通；所述试验段腔体(1)内沿轴向安装有超声速喷管(3)，所述超声速喷管(3)与高温气流相连通，其内用于高温气流贯穿通过，变为超声速气流；超声速喷管(3)的宽度与试验段腔体(1)的宽度相一致，安装超声速喷管(3)后，将试验段腔体(1)内分成上下两个独立的流道，使进入的亚声速气流分成对应的两路，由该两个流道贯穿通行，超声速气流与亚声速气流由对应的出口进入观察段腔体(2)内，进入的同时，两种气流进行剪切混合。

【技术特征摘要】
1.一种来流参数宽范围可调的亚-超剪切层研究实验装置，其特征在于，包括相连接且内部连通的试验段腔体(1)和观察段腔体(2)，所述试验段腔体(1)的前端用于与亚声速气流装置相连通；所述试验段腔体(1)内沿轴向安装有超声速喷管(3)，所述超声速喷管(3)与高温气流相连通，其内用于高温气流贯穿通过，变为超声速气流；超声速喷管(3)的宽度与试验段腔体(1)的宽度相一致，安装超声速喷管(3)后，将试验段腔体(1)内分成上下两个独立的流道，使进入的亚声速气流分成对应的两路，由该两个流道贯穿通行，超声速气流与亚声速气流由对应的出口进入观察段腔体(2)内，进入的同时，两种气流进行剪切混合。2.根据权利要求1所述的一种来流参数宽范围可调的亚-超剪切层研究实验装置，其特征在于，还包括燃气发生器(4)，所述燃气发生器(4)与超声速喷管(3)相连通，其内用于不同当量比的乙烯与空气混合燃烧，以提供不同温度的高温气流。3.根据权利要求1或2所述的一种来流参数宽范围可调的亚-超剪切层研究实验装置，其特征在于，所述超声速喷管(3)沿气流流向上包括依次相连接的支板(3-1)、燃气整流段(3-2)和拉法尔喷管段(3-3)；所述支板(3-1)沿气流流向包括一体连接的实心楔形段和等直段，等直段与燃气整流段(3-2)的进口端一体密封连接；所述燃气整流段(3-2)和拉法尔喷管段(3-3)一体连接、且相连通，形成贯通的腔体，且在沿气流方向上，所述拉法尔喷管段(3-3)的内型面为拉法尔结构；所述燃气整流段(3-2)上、且位于其前端开设有连通外部与腔体的通孔(3-4)。4.根据权利要求3所述的一种来流参数宽范围可调的亚-超剪切层研究实验装置，其特征在于，所述试验段腔体(1)上、且位于其前端，开设有垂直腔体、并与腔体相连通的高温气流通道(7)，用于连通燃气发生器(4)和超声速喷管(3)；在装配时，高温气流通道(7)的位置与通孔(3-4)的位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：李江，马凯，吕雪阳，李强，刘洋，陈铮夏，尚帅，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61