一种降低大口径高超声速风洞低马赫数气流脉动的装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于高超声速风洞设备设计技术领域，具体涉及一种降低大口径高超声速风洞低马赫数气流脉动的装置。本发明专利技术的降低大口径高超声速风洞低马赫数气流脉动的装置包括安装在稳定段壳体的内腔中，从前至后顺序排列的锥孔扩散段、蜂窝器、烧结网段和压紧段；在稳定段壳体上开有皮托压力测量接口、脉动压力测量接口；还包括用于替换烧结网段的替换段。本发明专利技术的降低大口径高超声速风洞低马赫数气流脉动的装置能够改善高超声速风洞在低马赫数运行时，稳定段内出现的试验气流的流动分离现象，降低试验气流的气流脉动，提高飞行器模型测力试验精度。试验精度。试验精度。

【技术实现步骤摘要】
一种降低大口径高超声速风洞低马赫数气流脉动的装置


[0001]本专利技术属于高超声速风洞设备设计
，具体涉及一种降低大口径高超声速风洞低马赫数气流脉动的装置。

技术介绍

[0002]高超声速风洞试验是获取飞行器气动性能的主要手段之一。高超声速风洞试验得到的数据将直接应用于飞行器气动设计与定型，故试验数据的精准度和数据质量在整个飞行器研制过程中显得尤为重要。近年来，随着飞行器的不断发展与升级换代，飞行器研制部门对风洞试验数据的质量提出了越来越高的要求。
[0003]高超声速风洞流场的不均匀度、非定常流动对飞行器试验数据有重大影响。因此，从提高风洞试验数据精准度的角度而言，总是希望高超声速风洞有尽可能好的流场品质。对于大口径高超声速风洞，在低马赫数状态下运行时，因其试验气流的流量大，同时为满足稳定段内流速小于30米/秒的设计要求，稳定段直径较大。而大口径的稳定段势必会带来气流在稳定段出现了流动分离，流动分离会导致气流在稳定段内出现脉动，直接影响了喷管出口的流场品质。
[0004]为了在高超声速风洞喷管出口获得湍流度较低的均匀流动，降低风洞运行气流脉动，提高风洞流场品质，需要在上游面积较大的稳定段壳体内布置一系列的消除气流脉动的装置，以使风洞上游产生的大尺度、非各向同性的旋涡在惯性力的作用下向小尺度旋涡转化，小尺度涡又在粘性耗散的作用下形成充分发展的湍流。
[0005]当前，亟需发展一种降低大口径高超声速风洞低马赫数气流脉动的装置。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种降低大口径高超声速风洞低马赫数气流脉动的装置。
[0007]本专利技术的用于降低大口径高超声速风洞低马赫数气流脉动的装置，其特点是，所述的装置包括安装在稳定段壳体的内腔中，从前至后顺序排列的锥孔扩散段、蜂窝器、烧结网段和压紧段；在稳定段壳体上开有皮托压力测量接口、脉动压力测量接口；还包括用于替换烧结网段的替换段；
[0008]在稳定段壳体的内腔，沿顺气流方向，从前至后依次设置有台阶孔Ⅰ、台阶孔Ⅱ、稳定段内孔、台阶孔Ⅲ和台阶孔Ⅳ，对应的内径分别为D1、D2、D、D3和D4，D1＞D2＞D，D＜D3＜D4；台阶孔Ⅰ和台阶孔Ⅱ之间具有逆气流的台阶端面Ⅰ，台阶孔Ⅱ和稳定段内孔之间具有逆气流的台阶端面Ⅱ，稳定段内孔和台阶孔Ⅲ之间具有顺气流的台阶端面Ⅲ，台阶孔Ⅲ和台阶孔Ⅳ之间具有顺气流的台阶端面Ⅳ；
[0009]台阶孔Ⅰ的内径为D1，深度为t1；锥孔扩散段的后端设置有法兰环Ⅰ，法兰环Ⅰ的外径为D1，厚度为t1；法兰环Ⅰ从前至后插入台阶孔Ⅰ内，法兰环Ⅰ上均布沉头通孔Ⅰ，台阶端面Ⅰ上均布与沉头通孔Ⅰ一一对应的螺钉孔Ⅰ，锥孔扩散段通过穿过沉头通孔Ⅰ和螺钉孔Ⅰ的沉头
螺钉Ⅰ固定在台阶端面Ⅰ上；
[0010]台阶孔Ⅱ的内径为D2，深度为t2；蜂窝器的外径为D2，厚度为t2，蜂窝器安装在台阶孔Ⅱ内，蜂窝器的前端面顶紧锥孔扩散段的后端面，蜂窝器的后端面顶紧台阶端面Ⅱ；
[0011]稳定段内孔的内径为D，D的取值满足在低马赫数最大流量运行状态下，稳定段内的流速小于30米/秒；对应的稳定段壳体壁面上开有螺钉孔Ⅲ，皮托压力测量接口与螺钉孔Ⅲ通过螺纹连接；
[0012]台阶孔Ⅲ的内径为D3，深度为t3；烧结网段的外径为D3，厚度为t3，烧结网段安装在台阶孔Ⅲ内，烧结网段的前端面顶紧台阶端面Ⅲ上，烧结网段的后端面顶紧压紧段的前端面；
[0013]台阶孔Ⅳ的内径为D4，深度为t4；压紧段后端设置有法兰环Ⅱ，法兰环Ⅱ的外径为D4，厚度为t4，法兰环Ⅱ从后至前插入台阶孔Ⅳ内，法兰环Ⅱ上均布沉头通孔Ⅱ，台阶端面Ⅳ上均布与沉头通孔Ⅱ一一对应的螺钉孔Ⅱ，压紧段通过穿过沉头通孔Ⅱ和螺钉孔Ⅱ的沉头螺钉Ⅱ固定在台阶端面Ⅳ上。
[0014]进一步地，所述的替换段为圆筒，采用不锈钢板材巻制，替换段的长度、外径、内径分别与对应的烧结网段的长度、外径、内径相同。
[0015]进一步地，所述的锥孔扩散段的前端为朝向来流的头锥，中段为裙段，后端为法兰环Ⅰ；头锥采用不锈钢锻件加工，实心结构，顶部为球头，头锥的顶角范围为45
°
～70
°
，头锥与裙段之间采用焊接连接；裙段采用不锈钢板材巻制，壁厚满足在低马赫数最大流量运行状态下的结构稳定性；裙段上设置有阵列排列的通气孔，通气孔的中心轴线与头锥的母线垂直，相邻的三个通气孔呈正三角形，全部通气孔的有效流通面积大于60％，裙段与法兰环Ⅰ之间采用焊接连接；法兰环Ⅰ与台阶孔Ⅰ之间采用H8/h7配合。
[0016]进一步地，所述的蜂窝器为圆盘型，采用不锈钢锻件整体加工制作；蜂窝器的厚度范围为80mm～120mm；蜂窝器上的蜂窝孔为正六边形，相邻的三个蜂窝孔呈正三角形；蜂窝器与台阶孔Ⅱ之间采用H8/h7配合。
[0017]进一步地，所述的烧结网段的有效通气直径与稳定段壳体内径D相同，烧结网段为多层网结构，包括压板、烧结网和支撑环；压板与支撑环均为圆环形，内部具有井字型骨架，采用钢板整体切割成型，或者分部件组焊而成；压板的井字型骨架的迎风面设置有尖锥；烧结网采用相同规格的若干层丝网烧结而成，烧结网的目数范围为20目～120目；压板、烧结网和支撑环之间的采用焊接连接或者沉头螺钉固定连接。
[0018]进一步地，根据需要设置若干个烧结网段，各烧结网段之间通过间隔环进行间隔，若干个烧结网段以及匹配的间隔环的厚度之和为t3；各间隔环对应的稳定段壳体壁面上分别开有螺钉孔Ⅳ，脉动压力测量接口与螺钉孔Ⅳ通过螺纹连接；各烧结网段中的烧结网的目数相同或者目数不同。
[0019]进一步地，所述的间隔环为圆筒，采用不锈钢板材巻制，间隔环厚度满足在低马赫数最大流量运行状态下的结构稳定性；间隔环外径与台阶孔Ⅲ的内径D3相同，间隔环内径与稳定段壳体内径D相同；间隔环长度大于100倍烧结网单孔的名义直径。
[0020]进一步地，所述的压紧段前端为圆筒，后端为法兰环Ⅱ，采用不锈钢板材巻制；压紧段内孔为锥孔，锥孔入口内径与稳定段壳体的内径D相同，出口与连接的高超声速风洞轴对称型面喷管的入口直径D5相同；压紧段前端圆筒的外径与烧结网段的外径相同；法兰环
Ⅱ
与台阶孔Ⅳ之间采用H8/h7配合。
[0021]本专利技术的降低大口径高超声速风洞低马赫数气流脉动的装置具有以下优点：
[0022]1.能够大幅度改善大口径高超声速风洞低马赫数气流在稳定段内的流动分离，降低气流脉动现象，提高飞行器模型测力试验精度。
[0023]2.采用可调节的烧结网段，能够根据不同试验需求调节烧结网段的数目、烧结网的目数和层数，以达到最优效果和最大效率。
[0024]3.采用替换段代替烧结网段，可根据实际需要调节烧结网段之间的距离，保证稳定段壳体内气流流道无台阶，减少气流扰动。
[0025]4.锥孔扩散段和蜂窝器起到了较好的减速和导流作用，锥孔扩散段的通气孔的轴线与尖锥母线垂直，达到气流减速目的，再经过蜂窝器导流将气流统一沿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于降低大口径高超声速风洞低马赫数气流脉动的装置，其特征在于，所述的装置包括安装在稳定段壳体(4)的内腔中，从前至后顺序排列的锥孔扩散段(1)、蜂窝器(3)、烧结网段(5)和压紧段(7)；在稳定段壳体(4)上开有皮托压力测量接口(9)、脉动压力测量接口(10)；还包括用于替换烧结网段(5)的替换段；在稳定段壳体(4)的内腔，沿顺气流方向，从前至后依次设置有台阶孔Ⅰ(11)、台阶孔Ⅱ(13)、稳定段内孔、台阶孔Ⅲ(14)和台阶孔Ⅳ(15)，对应的内径分别为D1、D2、D、D3和D4，D1＞D2＞D，D＜D3＜D4；台阶孔Ⅰ(11)和台阶孔Ⅱ(13)之间具有逆气流的台阶端面Ⅰ，台阶孔Ⅱ(13)和稳定段内孔之间具有逆气流的台阶端面Ⅱ，稳定段内孔和台阶孔Ⅲ(14)之间具有顺气流的台阶端面Ⅲ，台阶孔Ⅲ(14)和台阶孔Ⅳ(15)之间具有顺气流的台阶端面Ⅳ；台阶孔Ⅰ(11)的内径为D1，深度为t1；锥孔扩散段(1)的后端设置有法兰环Ⅰ(22)，法兰环Ⅰ(22)的外径为D1，厚度为t1；法兰环Ⅰ(22)从前至后插入台阶孔Ⅰ(11)内，法兰环Ⅰ(22)上均布沉头通孔Ⅰ(23)，台阶端面Ⅰ上均布与沉头通孔Ⅰ(23)一一对应的螺钉孔Ⅰ(12)，锥孔扩散段(1)通过穿过沉头通孔Ⅰ(23)和螺钉孔Ⅰ(12)的沉头螺钉Ⅰ(2)固定在台阶端面Ⅰ上；台阶孔Ⅱ(13)的内径为D2，深度为t2；蜂窝器(3)的外径为D2，厚度为t2，蜂窝器(3)安装在台阶孔Ⅱ(13)内，蜂窝器(3)的前端面顶紧锥孔扩散段(1)的后端面，蜂窝器(3)的后端面顶紧台阶端面Ⅱ；稳定段内孔的内径为D，D的取值满足在低马赫数最大流量运行状态下，稳定段内的流速小于30米/秒；对应的稳定段壳体(4)壁面上开有螺钉孔Ⅲ(17)，皮托压力测量接口(9)与螺钉孔Ⅲ(17)通过螺纹连接；台阶孔Ⅲ(14)的内径为D3，深度为t3；烧结网段(5)的外径为D3，厚度为t3，烧结网段(5)安装在台阶孔Ⅲ(14)内，烧结网段(5)的前端面顶紧台阶端面Ⅲ上，烧结网段(5)的后端面顶紧压紧段(7)的前端面；台阶孔Ⅳ(15)的内径为D4，深度为t4；压紧段(7)后端设置有法兰环Ⅱ(30)，法兰环Ⅱ(30)的外径为D4，厚度为t4，法兰环Ⅱ(30)从后至前插入台阶孔Ⅳ(15)内，法兰环Ⅱ(30)上均布沉头通孔Ⅱ(29)，台阶端面Ⅳ上均布与沉头通孔Ⅱ(29)一一对应的螺钉孔Ⅱ(16)，压紧段(7)通过穿过沉头通孔Ⅱ(29)和螺钉孔Ⅱ(16)的沉头螺钉Ⅱ(8)固定在台阶端面Ⅳ上。2.根据权利要求1所述的用于降低大口径高超声速风洞低马赫数气流脉动的装置，其特征在于，所述的替换段为圆筒，采用不锈钢板材巻制，替换段的长度、外径、内径分别与对应的烧结网段(5)的长度、外径、内径相同。3.根据权利要求1所述的用于降低大口径高超声速风洞低马赫数气流脉动的装置，其特征在于，所述的锥孔扩散段(1)的前端为朝向来流的头锥(19)，中段为裙段(20)，后端为法兰环Ⅰ(22)；头锥(19)采用不锈钢锻件加工，实心结构，顶部为球头...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌岗，孙启志，杨波，巢根明，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：