一种气动压力与气动热模拟试验装置及其试验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种气动压力与气动热环境模拟试验装置及其试验方法，利用燃料与空气预混燃烧产生高温高压燃气，经过燃气压缩喷管后释放进入试验腔室，对试验腔室中心预先调节好位置姿态的试验弹体进行冲蚀，在试验弹体表面形成气动压力场与气动热温度场环境，同时试验弹体周围设有加热线圈，对弹体进行局部加热实现弹体周围的温度梯度分布，试验腔室设有观察窗口，通过红外相机获取弹体温度场分布，试验弹体表面沿轴线方向分布多列贴片式压力传感器，对试验弹体各部位所受气动压力进行采集。本发明专利技术可在实验室环境下对试验弹体进行气动压力与气动热环境的同时加载，气动压力与气动热环境动态测试范围广、试验过程可控性强。试验过程可控性强。试验过程可控性强。

【技术实现步骤摘要】
一种气动压力与气动热模拟试验装置及其试验方法


[0001]本专利技术属于弹体气动环境模拟试验
，具体涉及一种气动压力与气动热模拟试验装置及其试验方法。

技术介绍

[0002]高速弹体在稠密大气中飞行过程中要承受激波所带来的气动压力与气动加热效果影响，恶劣的飞行环境条件对弹体表面材料、内部元器件将带来极大的考验。在实际飞行过程中，由于气动恶劣环境的存在，弹体表面承受复杂的热、力耦合环境，可能出现表面材料剥离、内部元器件失效等情况。因此对于弹体在气动环境下的性能研究尤为重要，目前常规试验手段为风洞试验验证，如激波风洞、电弧风洞等，这些风洞试验造价高昂，试验成本高，多用于大型飞行器等比模型测试，在小型零件测试上有着一定的局限性，需要研制一种低成本的试验系统以替代风洞试验测试，从而完成对于弹体表面及内部元器件在气动环境下的性能测试。
[0003]中国专利CN113640164B公开了《一种超高温风洞冲蚀试验系统》，包括燃料系统、冲蚀系统、冲蚀喷枪、试件工装和试验装置，冲蚀喷枪分别与燃料系统和冲蚀系统相连，冲蚀喷枪设置于提升旋转机构上，试件工装则设于所述提升旋转机构的一侧并与所述冲蚀喷枪的枪口相对置。该系统提供了一种提升旋转机构且将多组试件绕提升旋转机构环形设置，通过提升旋转机构带动高速冲蚀喷枪提升或旋转，既可以调整喷枪的角度及与不同试件间的相对位置，又能同时实现多组试件的冲蚀性能测试。但是该试验装置只能对待测对象的局部位置进行测试，在待测对象有限范围内产生局部的热力加载，试验所拥有的环境模拟能力有限，无法模拟待测对象在实际环境下所处温度场与压力场环境。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种气动压力与气动热模拟试验装置及其试验方法，以替代传统风洞试验，在实验室环境下还原弹体在实际飞行过程中受到的气动压力与气动热环境，从而降低试验成本，缩短试验周期，提高研究效率。
[0005]实现本专利技术的技术解决方案为：一种气动压力与气动热模拟试验装置，包括两个高压空气罐、燃料罐、氮气控制罐、气罐监测表、高压空气管路、燃料管路、氮气控制管路、燃气预混室、燃烧室、燃气压缩喷管、监测仪表、试验腔室、试验弹体、红外成像相机、热电偶传感器、散热腔室、压力传感器、燃气质量分数传感器。高压空气罐通过高压空气管路与燃气预混室连接，燃料罐通过燃料管路与燃气预混室连接，氮气控制罐通过氮气控制管路分别与高压空气管路、燃料管路连接，每个气罐上配有气罐监测表。燃气预混室上设有压力传感器和燃气质量分数传感器。燃气预混室通过管路与燃烧室相连，燃烧室内燃烧后的气体经过燃气压缩喷管进入试验腔室，试验腔室内设有试验弹体，试验腔室后端连接散热腔室，试验腔室上开有观察窗口，红外成像相机通过观察窗口拍摄试验弹体，热电偶传感器、监测仪表固定在试验腔室内，通过监测仪表监测进入试验腔室的燃气状态，通过热电偶传感器、红
外成像相机监测试验过程与试验弹体的状态，实验过程中的废气通入散热腔室后排出。
[0006]一种气动压力与气动热模拟试验装置的试验方法，步骤如下：步骤1、搭建气动压力与气动热模拟试验装置，通过进给装置调整试验弹体在试验腔室中的位置与姿态，安装试验所需的燃气压缩喷管。
[0007]步骤2、打开高压空气罐的开关阀对试验管路内部气体进行洗气，调节各条管路上调压阀的数值同时检查各仪器仪表工作状态，洗气结束后关闭高压空气罐的开关阀。
[0008]步骤3、接通散热腔室内部进水管，检查出水管及散热鳍片工作状态，装置进入待试验状态。
[0009]步骤4、试验开始后，打开高压空气罐、燃料罐和氮气控制罐的开关阀释放高压空气与燃料气体进入燃气预混室，氮气作为控制气体通过气动调压阀对进入燃气预混室的空气与燃料进行调节。通过燃气预混室上方所设压力传感器和燃气质量分数传感器监测燃气预混室内状态。
[0010]步骤5、释放燃气预混室中的预混气体进入燃烧室，通过电脉冲点火器将预混气体点燃，燃烧产生的燃气通过燃气压缩喷管进一步加压加速后进入试验腔室作用于试验弹体上。
[0011]步骤6、接通并调节加热线圈对试验弹体进行快速加热，使试验弹体表面温度呈梯度分布。
[0012]步骤7、记录各传感器试验过程数据：红外成像相机通过观察窗记录试验弹体温度分布数据，贴片式压力传感器采集试验弹体表面压力分布数据，试验腔室上方所设入口流量检测仪记录试验腔室入口燃气状态数据，热电偶传感器记录试验腔室内部温度数据。
[0013]步骤7、数据记录结束并备份后关闭燃料罐的开关阀，保持高压空气罐持续通入空气进行试验装置降温及洗气。
[0014]步骤8、通过热电偶传感器检测试验腔室内部温度恢复室温后关闭高压空气罐与氮气控制罐开关阀，断开进水管，并关闭各检测设备。将试验弹体取出，记录各气罐监测表数据，对各气罐进行补气。
[0015]本专利技术与现有技术相比，其显著优点在于：（1）采用了氮气这一不可燃气体用作空气与燃料管路中气动调压阀的控制气体，增加了试验过程中气体调节的安全性。
[0016]（2）采用燃气预混室设计，通过燃气预混室条空气与燃料进气管路的不同位置分布使得燃料与空气在燃气预混室内实现自混合，得到更高的燃烧效率。
[0017]（3）利用燃气与加热线圈共同作用，能够实现试验弹体在处于高温高压流场下的同时对测试弹体表面温度进行局部控制使之呈梯度分布，准确模拟实际飞行过程中弹体表面的温度场与压力场分布。
[0018]（4）本试验装置及其试验方法能够对多种尺寸的弹体进行试验，并且通能够过调节燃料空气混合比例、预混压力、更换燃气压缩喷管尺寸、调节加热线圈频率、调整试验弹体所处实验腔室内的位置等方法现对测试弹体的高动态范围气动压力与温度环境参数试验。
附图说明
[0019]图1为本专利技术一种气动压力与气动热热环境模拟装置的整体斜视图。
[0020]图2为本专利技术一种气动压力与气动热热环境模拟装置的正视图。
[0021]图3为本专利技术一种气动压力与气动热热环境模拟装置的试验腔室剖视图。
[0022]图4为本专利技术一种气动压力与气动热热环境模拟装置的试验腔室斜视图。
[0023]图5为本专利技术一种气动压力与气动热热环境模拟装置的预混室斜视图。
[0024]图6为本专利技术一种气动压力与气动热热环境模拟装置的散热腔室剖视图。
[0025]图7为本专利技术一种气动压力与气动热热环境模拟装置的散热腔室斜视图。
[0026]图中1
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高压空气罐，2
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氮气控制罐，3
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燃料气罐，4
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开关阀，5
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调压阀，6
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燃料管路，7
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氮气控制管路，8
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气动调压阀，9
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高压空气管路，10
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单向调压阀，11
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燃气预混室，12
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质量流量监测器，13
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燃烧室，1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气动压力与气动热模拟试验装置，其特征在于：包括两个高压空气罐（1）、燃料罐（3）、氮气控制罐（2）、气罐监测表（21）、高压空气管路（9）、燃料管路（6）、氮气控制管路（7）、燃气预混室（11）、燃烧室（13）、燃气压缩喷管（15）、监测仪表（16）、试验腔室（17）、试验弹体（23）、红外成像相机（20）、热电偶传感器（19）、散热腔室（18）、压力传感器（27）、燃气质量分数传感器（28）；高压空气罐（1）通过高压空气管路（9）与燃气预混室（11）连接，燃料罐（3）通过燃料管路（6）与燃气预混室（11）连接，氮气控制罐（2）通过氮气控制管路（7）分别与高压空气管路（9）、燃料管路（6）连接，每个气罐上配有气罐监测表（21）；燃气预混室（11）上设有压力传感器（27）和燃气质量分数传感器（28）；燃气预混室（11）通过管路与燃烧室（13）相连，燃烧室（13）内燃烧后的气体经过燃气压缩喷管（15）进入试验腔室（17），试验腔室（17）内设有试验弹体（23），试验腔室（17）后端连接散热腔室（18），试验腔室（17）上开有观察窗口，红外成像相机（20）通过观察窗口拍摄试验弹体（23），热电偶传感器（19）、监测仪表（16）固定在试验腔室（17）内，通过监测仪表（16）监测进入试验腔室（17）的燃气状态，通过热电偶传感器（19）、红外成像相机（20）监测试验过程与试验弹体（23）的状态，实验过程中的废气通入散热腔室（18）后排出。2.根据权利要求1所述的气动压力与气动热模拟试验装置，其特征在于：高压空气罐（1）为双气罐并独立配备压缩机，燃料罐（3）与氮气控制罐（2）为单气罐，所有罐体上分别设有开关阀（4）和调压阀（5），氮气控制管路（7）分别与高压空气管路（9）、燃料管路（6）通过气动调压阀（8）相连。3.根据权利要求1所述的气动压力与气动热模拟试验装置，其特征在于：连接燃气预混室（11）与燃烧室（13）的管路上设有气动调压阀（8）与质量流量监测器（12），燃烧室（13）上设有电脉冲点火器（14）。4.根据权利要求1所述的气动压力与气动热模拟试验装置，其特征在于：所述燃气预混室（11）头部设有一条连通高压空气管路（9）和燃气预混室（11）的主空气进气管路（29），主空气进气管路（29）通过两条平行且对称分布于燃气预混室（11）两侧的三分空气进气管路（32）接入燃气预混室（11）的尾部，顶部设有一条连通燃料管路（6）和燃气预混室（11）的三分燃料进气管路（30），上述每条管路上均设有单向调压阀（10）。5.根据权利要求1所述的气动压力与气动热模拟试验装置，其特征在于：所述燃气压缩喷管（15）内有拉瓦尔喷管结构，燃烧室（13）内点燃后的高温气体通过燃气压缩喷管（15）后喷入试验腔室（17）；燃气压缩喷管（15）为可替换部件，可根据试验需要进行各尺寸的更换。6.根据权利要求1所述的气动压力与气动热模拟试验装置，试验腔室（17）前端开有圆形孔洞与燃气压缩喷管（15）相连，后方与散热腔室（18...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明熙，李飞胤，马少杰，张合，夏荣翔，唐通，石慧发，魏健，张安，张英忠，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
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