高速进气道结构调节与性能测量一体的试验系统及方法技术方案

高速进气道结构调节与性能测量一体的试验系统及方法，包括：中空的中心锥、中空的收缩外罩、与外罩及中心锥相连的测量段、与测量段及中心锥相连的固定筒、与固定筒相连的电机驱动系统、与驱动系统和中心椎连接的丝杠副、与固定筒和丝杠副相连的位移传感器；中心锥体的外表面与外罩内腔围成进气道通道；所述中心锥能够由所述固定筒、电机驱动系统、丝杠副组成的机构实现可控轴向线性运动；所述测量段包括外筒、内筒，及用于连接外筒和内筒的中空支板；所述中空支板上安装若干皮托管，所述外筒、内筒均安装若干静压管，所述皮托管测得的皮托压和所述静压管测得的壁面静压，确定所述主通道的性能参数。的性能参数。的性能参数。

【技术实现步骤摘要】
高速进气道结构调节与性能测量一体的试验系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种高速进气道结构调节与性能测量一体的试验系统及方法，即一种高超声速进气道结构调节与性能测量一体的风洞试验系统及方法，属于风洞试验领域。

技术介绍

[0002]高超声速进气道作为超燃冲压发动机及其组合动力的进口装置，担负着为发动机提供满足燃烧要求的空气的功能。进气道性能的优劣对发动机至关重要，就好比呼吸系统之于人的重要性。为保证发动机在较宽范围内高效稳定工作，对进气道结构进行动态调整，使进气道实时处于较优工作状态，以拓宽发动机工作边界，避免出现推力不足、乃至不起动状况(类似于人的高原反应)，这需要建立高速可调进气道试验系统与测量方法。
[0003]现有技术中，高超声速可调进气道风洞试验尚未涉及进气道放气气流与结构调节驱动机构干扰难题，而且进气道结构调节过程的位置缺少可靠性高、精度高的实时监测手段。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了进气道放气气流与结构调节，以及相应测量问题。
[0005]本专利技术目的通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种高超声速进气道结构调节与性能测量一体的风洞试验系统，包括：
[0007]中空的中心锥、中空的收缩外罩、与外罩及中心锥相连的测量段、与测量段及中心锥相连的固定筒、与固定筒相连的电机驱动系统、与驱动系统和中心椎连接的丝杠副、与固定筒和丝杠副相连的位移传感器；中心锥体的外表面与外罩内腔围成进气道通道；
[0008]所述中心锥能够由所述固定筒、电机驱动系统、丝杠副组成的机构实现可控轴向线性运动，达到调节所述进气道通道的主通道的最小截面面积的目的；
[0009]所述测量段包括外筒、内筒，及用于连接外筒和内筒的中空支板；所述中空支板上安装若干皮托管，所述外筒、内筒均安装若干静压管，所述皮托管测得的皮托压和所述静压管测得的壁面静压，用于确定所述主通道的性能参数。
[0010]优选的，所述电机驱动系统为带减速器的可编程控制的直流伺服电机系统。
[0011]优选的，所述丝杠副包括滑块和丝杠，用于将所述电机驱动系统的转动运动转换为滑块的直线运动。
[0012]优选的，所述位移传感器为磁环与导杆标尺组成的磁阻式位移传感器。
[0013]优选的，所述中心锥的实时位置由所述位移传感器磁环在所述位移传感器导杆标尺上的位置给出，其中所述中心锥、所述丝杠副的滑块及所述位移传感器磁环三者固连。
[0014]优选的，所述主通道的性能参数包括出口总压、马赫数、流量中的一个或多个。
[0015]优选的，所述进气道通道包括放气通道和主通道；所述放气通道为由所述中心锥体上的放气孔或槽、中心锥体的中空腔、固定筒的筒壁上的前后交错布置的放气缝和固定
筒的中空腔、及测量段上的支板的中空缝所围成的流路。
[0016]优选的，所述中心锥体上的放气孔或槽流出的气体由所述中空支板的中空缝排出；所述放气通道呈现出双喉道特征；所述进气道放气通道的第一喉道为所述放气孔或槽；所述进气道放气通道的第二吼道为下游其他部位最小截面面积处；所述进气道放气通道的第二喉道面积不小于所述进气道放气通道的第一喉道面积的2倍。
[0017]优选的，所述进气道主通道为由所述中心锥外壳、所述外罩内壁、外筒、内筒围成的连通流路，呈现出双喉道特征，所述进气道主通道的第一喉道为所述中心锥外壳、所述外罩内壁所围成的最小流通截面，所述进气道主通道的第二喉道为所述外筒、内筒和中空支板所围成的流通截面，所述进气道主通道的第二喉道其面积不小于所述进气道主通道的第一喉道面积的2.5倍。
[0018]优选的，所述中心锥与所述固定筒之间通过石墨铜套连接，所述石墨铜套用于减小摩擦阻力，且用于所述进气道结构调节过程中所述进气道主通道的气体密封。
[0019]优选的，所述电机驱动系统完全置于所述内筒内部。
[0020]一种高超声速进气道结构调节与性能测量一体的风洞试验方法，采用上述的试验系统，包括：
[0021]调节所述进气道通道的主通道的最小截面面积；
[0022]进气道结构调节过程中所述主通道出口的马赫数、总压恢复系、流量系数按如下方式确定：
[0023][0024][0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031]上式中，下标i表示皮托管在每个测量段支板上的径向编号，总计I根皮托管，由内向外依次为(1,
…
,I)；下标j表示测量段支板的编号，总计J个支板，由有底部逆时针编排依次为(1,
…
,J)；γ为试验气体比热比、取1.4；σ为总压恢复系数；φ为进气道流量捕获系数；Ma1为进气道出口流量平均马赫数；p
t,1
为进气道出口流量平均总压；p
t,2,i,j
、Ma
i,j
、p
t,1,i,j
分为测量段第j个支板上第i个皮托管测得的皮托压、马赫数和总压；p1为所有壁面静压算术平均值；p
1,内壁,j
、p1,外壁
,j
为测量段第j个支板对应的内壁、与外壁上的壁面静压；p
t,∞
、Ma
∞
分别为试验来流的总压、马赫数，由试验给定；A
∞
为进气道理想捕获面积，由试验给定；A1为测量段主通道的面积；q(Ma
∞
)、q(Ma
i,j
)根据Ma
∞
、Ma
i,j
从气动力学教材查表获得的流量函数。
[0032]本专利技术相比于现有技术具有如下有益效果：
[0033](1)本专利技术提供的试验系统配备了进气道放气流道及用于进气道结构调节的运动机构，既满足了进气道放气通流道的气流排放需求，又实现了进气道结构调节功能；
[0034](2)本专利技术提供的试验系统配备了测量段，具备进气道性能参数如出口总压、马赫数、流量等测量功能，可动态给出结构调节过程中的进气道性能变化；
[0035](3)本专利技术提供的试验系统配备了高可靠性、高精度高位移传感器，可实时给出进气道结构运动位移，与编程控制直流伺服电机反馈数据形成互验证，一方面实现了对进气道结构调节过程进行实时监测，另一方面，实现了结构位置与进气道性能参数的一一对应；
[0036](4)本专利技术提供的高速进气道风洞试验系统在运动部件与固定部件之间配备了石墨铜套，既减小了运动部件的摩擦阻力，又满足了气道结构调节过程中主通道的气体密封需求；
[0037](5)本专利技术提供的试验系统将用于进气道结构调节的电机驱动机构完全置于中心锥内部，解决了马赫数5以上进气道风洞试验所面临的电机超温问题。
附图说明
[0038]图1为本专利技术的试验系统组成示意图；
[0039]图2为本专利技术的试验系统测量段皮托管布置及测点编号示意图；
[0040]图3为利用本专利技术试验系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高超声速进气道结构调节与性能测量一体的风洞试验系统，其特征在于，包括：中空的中心锥(1)、中空的收缩外罩(2)、与外罩(2)及中心锥(1)相连的测量段(3)、与测量段(3)及中心锥(1)相连的固定筒(4)、与固定筒(4)相连的电机驱动系统(5)、与驱动系统(5)和中心椎(1)连接的丝杠副(6)、与固定筒(4)和丝杠副(6)相连的位移传感器(7)；中心锥体(1)的外表面与外罩(2)内腔围成进气道通道(8)；所述中心锥(1)能够由所述固定筒(4)、电机驱动系统(5)、丝杠副(6)组成的机构实现可控轴向线性运动，达到调节所述进气道通道(8)的主通道(82)的最小截面面积的目的；所述测量段(3)包括外筒(31)、内筒(32)，及用于连接外筒(31)和内筒(32)的中空支板(33)；所述中空支板(33)上安装若干皮托管(34)，所述外筒(31)、内筒(32)均安装若干静压管(35)，所述皮托管(34)测得的皮托压和所述静压管(35)测得的壁面静压，用于确定所述主通道(82)的性能参数。2.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述电机驱动系统(5)为带减速器的可编程控制的直流伺服电机系统。3.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述丝杠副(6)包括滑块(61)和丝杠(62)，用于将所述电机驱动系统(5)的转动运动转换为滑块(61)的直线运动。4.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述位移传感器(7)为磁环(71)与导杆标尺(72)组成的磁阻式位移传感器。5.根据权利要求4所述的试验系统，其特征在于，所述中心锥(1)的实时位置由所述位移传感器磁环(71)在所述位移传感器导杆标尺(72)上的位置给出，其中所述中心锥(1)、所述丝杠副(6)的滑块(61)及所述位移传感器磁环(71)三者固连。6.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述主通道(82)的性能参数包括出口总压、马赫数、流量中的一个或多个。7.根据权利要求1所述的试验系统，其特征在于，所述进气道通道(8)包括放气通道(81)和主通道(82)；所述放气通道(81)为由所述中心锥体(1)上的放气孔或槽(11)、中心锥体(1)的中空腔(12)、固定筒(4)的筒壁(41)上的前后交错布置的放气缝和固定筒(4)的中空腔(42)、及测量段(3)上的支板(33)的中空缝所围成的流路。8.根据权利要求7所述的试验系统，其特征在于，所述中心锥体(1)上的放气孔或槽(11)流出的气体由所述中空支板(33)的中空缝排出；所述放气通道(81)呈现出双喉道特征；所述进气道放气通道(81)的第一喉道为所述放气孔或槽(11)；所述进气道放气通道(81)的第二吼道为下游其他部位最小截面面积处；所述进气道放气通道(81)的第二喉...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢洪波，吴衡毅，李海燕，王星光，孙日明，额日其太，纪锋，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：