本发明专利技术公开的一种基于固壁喷管变温调速的超音速流场校准装置，属于流速计量测试领域。本发明专利技术包括空压机气源、空气加热器、调压阀、扩压段、稳定段、收缩段、固壁喷管、驻室试验段、标准探针、排气段、消声段。固壁喷管入口为矩形。收缩段侧壁和上下壁的中心线型面根据五次曲线优化实现，能够避免流动发生分离。流场的温度和速度范围由上游气源能力和加热器的加热能力决定。本发明专利技术通过空气加热器的变温调节，配合型面优化的收缩段和固壁喷管型面，再加上稳定段的整流去波、优化孔壁试验段等保证流场的稳定性，形成稳定的变温标准超音速流场，即基于固壁喷管变温调速提供温度可调的标准超音速流场，为超音速变温工况的探针校准提供保障。供保障。供保障。
【技术实现步骤摘要】
一种基于固壁喷管变温调速的超音速流场校准装置
[0001]本专利技术属于流速计量测试领域，涉及一种基于固壁喷管变温调速的超音速流场校准装置。
技术介绍
[0002]近年来，随着武器装备的快速发展，对流速、流场的精细化测量提出了更高的要求。我国武器装备逐步向自主研制方向发展，在自主研制正向设计过程中，流场测量的重要性更加凸显，是设计验证、迭代优化的重要一环。比如在航空发动机的设计研制、地面试验的过程中，需要对包括发动机进气道、压气机、燃烧室、涡轮、尾喷管等部件涉及到的进气流场、叶尖间隙流场、燃烧混合流场等复杂流场开展测量，得到准确的速度以及流场分布，这对改善发动机燃烧效率、提升推力/推重比性能、保障可靠性具有重要意义。再比如飞行器研制过程中，需要开展多项气动性能试验，以改善升阻特性，提升飞行性能，主要包括大机动气动特性空间速度场测量、进气道/短舱流场测量、摩擦阻力测量、激波/边界层干扰、外挂物/投放空间速度场测量、喷口流动与尾部结构耦合振荡等，其中涉及多项流场精细测量需求。除此之外，风洞、舰船、螺旋桨等国防军工领域对精细化流场测量的需求也越来越高。
[0003]目前，在实际型号研制和大型试验中，流场的气流速度大都会达到超音速状态，而目前的高超声速风洞由于口径普遍比较大，附面层比较厚，无法开展针对超音速探针的校准试验。
技术实现思路
[0004]本专利技术的主要目的是提供一种基于固壁喷管变温调速的超音速流场校准装置，通过空气加热配合喷管型面优化，基于固壁喷管变温调速提供温度可调的标准超音速流场，实现对超音速探针的实流校准，进而提高对超音速探针的校准精度和可靠性。
[0005]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的：
[0006]本专利技术公开的一种基于固壁喷管变温调速的超音速流场校准装置，包括空压机气源、空气加热器、调压阀、扩压段、稳定段、收缩段、固壁喷管、驻室试验段、标准探针、排气段、消声段。
[0007]通过所述的空气加热器的对气流的加热升温，配合经过型面优化的收缩段和固壁喷管，形成温度可调的标准跨音速或超音速流场，流场的温度和速度范围由上游气源能力和加热器的加热能力决定。
[0008]为避免流动发生分离，所述收缩段侧壁和上下壁的中心线型面根据五次曲线优化实现。进口的一阶导数和二阶导数为0，出口的二阶导数也为0。
[0009]上下壁中心线型面公式如下：
[0010][0011][0012]式中，
[0013]R—收缩段入口半径；
[0014]h—收缩段出口半高度；
[0015]l—收缩段轴向长度；
[0016]θ—型面曲线出口角度。
[0017]侧壁中心线型面曲线公式如下：
[0018][0019]式中，
[0020]w—收缩段出口半宽度。
[0021]过渡圆弧半径公式如下：
[0022][0023]优选地，所述喷管入口为矩形，喷管型面曲线采用特征线法优化喉道下游无粘喷管型面曲线，选择Eward
‑
Mrcus特征网格方法优化喷管的无粘超音速型面，使用Tucker法和Sivells近似法对无粘喷管型面进行附面层修正，然后通过对喷管稳态流场进行CFD数值计算得到优化后数据较好的喷管型面曲线。
[0024]优选地，所述驻室试验段内装有多维探针姿态角机构，具备四个自由度，α、β、x(气流方向)、z(高度方向)，适配绝大多数形状超音速压力探针和温度探针的装卡，满足探针不同俯仰偏航角度的校准需求。x为气流方向、z为高度方向。
[0025]优选地，当所需工况为跨音速(0.8<Ma≤1.2)时，所述驻室试验段为孔壁试验段，上下壁面均布通孔，开孔率为22％～23％，孔径为3mm～4mm，左右侧壁为光滑实壁结构；当所需工况为超音速(Ma>1.2)时，所述驻室试验段为四面光滑实壁结构。
[0026]优选地，所述调压阀有两个，主路阀门口径为旁路阀门口径的2～3倍，两阀并联使用，主路阀门负责粗调，旁路阀门负责微调。
[0027]优选地，所述稳定段内前端布置蜂窝器，蜂窝器后间隔布置4～5层阻尼网。
[0028]优选地，所述扩压段扩散角不超过10
°
。
[0029]有益效果：
[0030]1、本专利技术公开的一种基于固壁喷管变温调速的超音速流场校准装置，通过空气加热器的变温调节，配合型面优化的收缩段和固壁喷管型面，再加上稳定段的整流去波、优化孔壁试验段等保证流场的稳定性，形成稳定的变温标准超音速流场，即基于固壁喷管变温调速提供温度可调的标准超音速流场，为超音速变温工况的探针校准提供保障，提升超音速条件下流场测量的准确性和可靠性。
[0031]2、本专利技术公开的一种基于固壁喷管变温调速的超音速流场校准装置，所述收缩段侧壁和上下壁的中心线型面根据五次曲线优化实现，能够避免流动发生分离。
[0032]3、本专利技术公开的一种基于固壁喷管变温调速的超音速流场校准装置，喷管型面曲
[0046]收缩段侧壁中心线型面曲线公式如下：
[0047]y＝225
‑
4.198
×
10
‑5x3+1.799
×
10
‑7x4‑
2.056
×
10
‑
10
x5[0048]本收缩段能够使气流加速，提升流场品质，有效降低湍流度。
[0049]如图3所示，固壁喷管段型面曲线公式如下：
[0050]y＝24.719+0.195x
‑1×
10
‑3x2+1.03
×
10
‑6x3+6.97
×
10
‑
10
x4‑
9.1
×
10
‑
13
x5[0051]本固壁喷管配合空气加热器可以构建稳定的变温超音速流场。
[0052]如图4所示，多维探针姿态角机构可以实现4个自由度移动，包括α、β、x(气流方向)、z(高度方向)，适应目前绝大多数形状探针的装卡需求，采用伺服电机及配套的控制系统，确保机构运行的精度，它的运动范围如下，
[0053]α范围：
±
30
°
，精度0.05
°
；
[0054]β范围：
±
30
°
，精度0.05
°
；
[0055]x向：
‑
60mm～200mm(以试验段出口截面为基准)；
[0056]z向：
±
150mm(以试验段中心线为基准)。
[0057]如图5所示，孔壁试验段两侧壁为光滑实壁，上下壁开孔，开孔率22.5％。试验段上下壁可调壁板角，壁板角选0.3
°
。孔壁试验段可以起到滤波的作用，有效提升流场品质。
[0058]如图6所示本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于固壁喷管变温调速的超音速流场校准装置，其特征在于：包括空压机气源、空气加热器、调压阀、扩压段、稳定段、收缩段、固壁喷管、驻室试验段、标准探针、排气段、消声段；通过所述空气加热器的对气流的加热升温，配合经过型面优化的收缩段和固壁喷管，形成温度可调的标准跨音速或超音速流场，流场的温度和速度范围由上游气源能力和加热器的加热能力决定；为避免流动发生分离，所述收缩段侧壁和上下壁的中心线型面根据五次曲线优化实现；进口的一阶导数和二阶导数为0，出口的二阶导数也为0；上下壁中心线型面公式如下：上下壁中心线型面公式如下：式中，R—收缩段入口半径；h—收缩段出口半高度；l—收缩段轴向长度；θ—型面曲线出口角度；侧壁中心线型面曲线公式如下：式中，w—收缩段出口半宽度；过渡圆弧半径公式如下：2.如权利要求1所述的一种基于固壁喷管变温调速的超音速流场校准装置，其特征在于：所述喷管入口为矩形，喷管型面曲线采用特征线法优化喉道下游无粘喷管型面曲线，选择Eward
‑
Mrcus特征网格方法优化喷管的无粘超音速型面，使用Tucker法和Sivells近似法对无粘喷管型面进行附面层修正，通过对喷管稳态流场进行CFD数值计...
【专利技术属性】
技术研发人员：房健，张淑婷，任怡雪，孔祥雪，王毅，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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