本发明专利技术公开了一种孔壁横流特性测定装置及其测定方法，该测定装置包括稳压测定主体、均压节流孔板、孔壁试验件、流量管、流量计、测压管、移动测量组件、压力传感器；所述稳压测定主体呈一端开口的桶状，将稳压测定主体的开口端记为第一工作端，将稳压测定主体上与第一工作端相对的一端记为第一气流端，所述稳压测定主体内部的空腔构成稳压腔体；所述均压节流孔板设置在稳压腔体内，所述均压节流孔板与第一气流端之间构成第一腔体。本发明专利技术能够在真实试验条件下，实现孔壁边界层内近壁区域流动连续式精细测量，快速建立横流速度、边界层与壁板压力分布等流动参数之间的相互关系，创新性地定性、定量地分析孔壁横流速度的分布和影响规律。律。律。
【技术实现步骤摘要】
一种孔壁横流特性测定装置及其测定方法
[0001]本申请涉及风洞实验领域，具体为一种孔壁横流特性测定装置及其测定方法。更具体地，本申请提供一种用于风洞孔壁横流特性测试的稳压腔装置，及其测定方法，其能用于跨声速风洞试验段壁板的设计、矫正中，具有较高的应用价值。
技术介绍
[0002]开孔壁板是跨声速风洞试验段的主要形式之一；在亚声速范围内，孔壁能够有效降低模型的堵塞干扰，减小气流速度修正量；在跨声速范围内，孔壁能够形成均匀的低超声速流场，并降低模型诱导的波反射干扰。而开孔形式和孔参数的确定是跨声速风洞设计的关键技术之一，直接影响到风洞的调试运行和洞壁干扰的评估修正。
[0003]其中，孔壁性能直接依赖于开孔区域的横流特性，即壁板两侧压差与穿孔横流速度之间的关系。由于开孔结构的复杂性，穿孔流动呈现出明显的非线性特征，主要表现在：零压差时的流量特性、正压
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负压状态的差异特性，以及大压差状态下的高阶耦合特性。另外，由于开孔对表面边界层的抽吸影响，使孔壁横流特性的模拟预测及准确评估的难度极大。
[0004]针对上述问题，传统设计方法主要基于小扰线性假设确定穿孔流动阻力系数，进而评估开孔性能和干扰影响。但在风洞实际运行时，该前提假设并不成立，受沿壁板发展的边界层及主气流引射影响，使孔壁横流明显偏离线性模型，而壁板上千个孔的复杂结构使模拟预测在短期内无法实现。
[0005]因此，研究一种横流特性准确可靠的测试装置和/或方法就显得极为迫切，其对于风洞结构设计和运行使用都至关重要。
技术实现思路
[0006]本申请的专利技术目的在于：针对目前主要基于小扰线性假设确定穿孔流动阻力系数，进而评估开孔性能和干扰影响，其受沿壁板发展的边界层及主气流引射影响，使孔壁横流明显偏离线性模型，而壁板上千个孔的复杂结构使模拟预测在短期内无法实现的问题，提供一种孔壁横流特性测定装置及其测定方法。采用本申请，能够在真实试验条件下，获得指定开孔参数的横流特性曲线，不仅能够用于横流与压差、边界层之间的耦合影响研究，而且还可以为现有模型的实用性和适用范围评估提供可靠的验证平台。
[0007]为了实现上述目的，本申请采用如下技术方案：一种孔壁横流特性测定装置，包括稳压测定主体、均压节流孔板、孔壁试验件、流量管、流量计、测压管、移动测量组件、压力传感器；所述稳压测定主体呈一端开口、另一端封闭的桶状，将稳压测定主体的开口端记为第一工作端，将稳压测定主体的封闭端记为第一气流端，所述稳压测定主体内部的空腔构成稳压腔体；所述均压节流孔板设置在稳压腔体内，所述均压节流孔板与第一气流端之间构成
第一腔体且均压节流孔板能改善气流流动并使稳压腔体内压力均匀分布；所述第一工作端用于嵌入式安装于风洞试验段内壁面且配合面密封，所述孔壁试验件设置在第一工作端的开口上，所述孔壁试验件的待测横流参数平面与稳压腔体内壁面齐平，所述孔壁试验件与均压节流孔板之间构成第二腔体且风洞试验段通过孔壁试验件与第二腔体连通；所述流量管与第一腔体连通且通过流量管能向第一腔体内输入、输出气流以改变第二腔体内的气体压力，所述流量计设置在流量管上且流量计能流量管内的气体流量进行测量；所述测压管与第二腔体连通，所述测压管的开口端与稳压腔体的内表面齐平且测压管能用于测定第二腔体内的压力；所述移动测量组件包括测量驱动电机、移动测量支杆、气流速度探针；所述测量驱动电机设置在稳压测定主体外侧，所述测量驱动电机与稳压测定主体的外壁相连且稳压测定主体能为测量驱动电机提供支撑；所述移动测量支杆包括直线连接部、探针安装部，所述直线连接部呈直线型，所述直线连接部与探针安装部相连呈类L型；所述直线连接部依次穿过稳压测定主体的第一气流端、均压节流孔板、孔壁试验件且直线连接部能分别相对稳压测定主体的第一气流端、均压节流孔板、孔壁试验件沿直线连接部的轴向移动，所述测量驱动电机与直线连接部相连且测量驱动电机通过直线连接部能带动移动测量支杆沿均压节流孔板所在平面的法向移动；所述气流速度探针与移动测量支杆的探针安装部相连且气流速度探针能获取孔壁试验件壁面靠近风洞试验段一侧附近气流速度分量；所述测压管、气流速度探针分别与压力传感器相连。
[0008]所述稳压测定主体沿垂直于其轴向的剖面呈圆形。
[0009]所述稳压测定主体包括第一圆管、第一半球面，所述第一圆管的直径与第一半球面直径相同，所述第一半球面与第一圆管相连为一体并构成一端开口的筒状结构，所述稳压测定主体的长径比≥3.5。
[0010]所述第一工作端通过外圈法兰盘设置于风洞试验段外壁面且配合面密封。
[0011]所述流量管与第一气流端相连。
[0012]所述孔壁试验件表面的孔为直孔或斜孔。
[0013]所述测压管的数量≥4，所述测压管均布于稳压腔体上且测压管的开口端与稳压腔体的内表面齐平。
[0014]所述气流速度探针为高精度5孔探针或高精度7孔探针。
[0015]还包括控制系统，所述流量计、测量驱动电机、压力传感器分别与控制系统相连。
[0016]一种基于前述孔壁横流特性测定装置的孔壁横流特性测定方法，包括如下步骤：a、待孔壁横流特性测定装置安装完毕后，对孔壁横流特性测定装置进行压力管路的通气和气密性检测、移动测量支杆的运行平稳性检测；b、待步骤a完成后，在风洞试验段内建立稳定的试验段流场，待试验段马赫数和总压稳定后，正式开始试验；c、通过改变流量管内的气流流量，实现对第二腔体内压力的调节；通过测压管实
时测量第二腔体内的压力，并根据测定的压力调节流量管内的气流流量，实现稳压腔体内的压力平衡，至第二腔体内的压力达到设定值；d、待第二腔体内的压力达到设定值后，通过移动测量支杆调整气流速度探针的位置至设定值，并测量相应的当地法向速度、稳压腔体的气流流量和稳压腔体的腔内压力；e、改变第二腔体内压力的目标值，开始下一阶梯的测试；f、重复步骤e，直至测量完成；g、待测量完成后，绘制横流速度沿壁板法向的分布曲线、横流特性曲线，完成孔壁横流特性曲线的绘制。
[0017]所述步骤a中，孔壁横流特性测定装置的安装过程如下：i、将稳压测定主体通过法兰盘安装于风洞试验段侧壁上，并对法兰盘进行压紧密封；j、将流量计与流量管相连，以测量第二腔体内的气体流量；k、将孔壁试验件安装于稳压测定主体的第一工作端上；l、将气流速度探针、测压管分别与压力传感器相连，用于进行压力测定；完成孔壁横流特性测定装置的安装。
[0018]所述步骤g中，横流速度分布曲线的横坐标为气流速度探针的实时位置，纵坐标为无量纲化的横流速度；横流特性曲线的横坐标为孔壁压差系数ΔC
P
，纵坐标为无量纲化的横流速度。
[0019]所述孔壁试验件在不同出入流状态下的孔壁压差系数ΔC
P
按照下式计算：，式中，为风洞试验段来流静压；为试验段来流速压，，为风洞试验段来流马赫数；为稳压测定主体内平均压力，其计算公式如下：，式中，K为测压管的数量，P
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为第i个测压管的压力测本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种孔壁横流特性测定装置，其特征在于，包括稳压测定主体、均压节流孔板、孔壁试验件、流量管、流量计、测压管、移动测量组件、压力传感器；所述稳压测定主体呈一端开口、另一端封闭的桶状，将稳压测定主体的开口端记为第一工作端，将稳压测定主体的封闭端记为第一气流端，所述稳压测定主体内部的空腔构成稳压腔体；所述均压节流孔板设置在稳压腔体内，所述均压节流孔板与第一气流端之间构成第一腔体且均压节流孔板能改善气流流动并使稳压腔体内压力均匀分布；所述第一工作端用于嵌入式安装于风洞试验段内壁面且配合面密封，所述孔壁试验件设置在第一工作端的开口上，所述孔壁试验件的待测横流参数平面与稳压腔体内壁面齐平，所述孔壁试验件与均压节流孔板之间构成第二腔体且风洞试验段通过孔壁试验件与第二腔体连通；所述流量管与第一腔体连通且通过流量管能向第一腔体内输入、输出气流以改变第二腔体内的气体压力，所述流量计设置在流量管上且流量计能流量管内的气体流量进行测量；所述测压管与第二腔体连通，所述测压管的开口端与稳压腔体的内表面齐平且测压管能用于测定第二腔体内的压力；所述移动测量组件包括测量驱动电机、移动测量支杆、气流速度探针；所述测量驱动电机设置在稳压测定主体外侧，所述测量驱动电机与稳压测定主体的外壁相连且稳压测定主体能为测量驱动电机提供支撑；所述移动测量支杆包括直线连接部、探针安装部，所述直线连接部呈直线型，所述直线连接部与探针安装部相连呈类L型；所述直线连接部依次穿过稳压测定主体的第一气流端、均压节流孔板、孔壁试验件且直线连接部能分别相对稳压测定主体的第一气流端、均压节流孔板、孔壁试验件沿直线连接部的轴向移动，所述测量驱动电机与直线连接部相连且测量驱动电机通过直线连接部能带动移动测量支杆沿均压节流孔板所在平面的法向移动；所述气流速度探针与移动测量支杆的探针安装部相连且气流速度探针能获取孔壁试验件壁面靠近风洞试验段一侧附近气流速度分量；所述测压管、气流速度探针分别与压力传感器相连。2.根据权利要求1所述孔壁横流特性测定装置，其特征在于，所述稳压测定主体包括第一圆管、第一半球面，所述第一圆管的直径与第一半球面直径相同，所述第一半球面与第一圆管相连为一体并构成一端开口的筒状结构，所述稳压测定主体的长径比≥3.5。3.根据权利要求1所述孔壁横流特性测定装置，其特征在于，所述孔壁试验件表面的孔为直孔或斜孔。4.根据权利要求1所述孔壁横流特性测定装置，其特征在于，所述测压管的数量≥4，所述测压管均布于稳压腔体上且测压管的开口端与稳压腔体的内表面齐平。5.根据权利要求1~4任一项所述孔壁横流特性测定装置，其特征在于，还包括控制系统，所述流量计、测量驱动电机、压力传感器分别与控制系统相连。6.一种基于权利要求1~5任一项所述孔壁横流特性测定装置的孔壁横流特性测定方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘光远，郭秋亭，李为群，杨可，杨昕鹏，陈植，陆连山，谢易，吴安达，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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