CN106323586B - 用于多喷口侧向喷流的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多喷口侧向喷流的试验装置，包括：驻室，其具有一封闭的驻室空腔；和气体整流装置，其设置在所述驻室的驻室空腔内，且侧壁上开设有多个通气孔与所述驻室空腔气体连通，所述气体整流装置的一端延伸出所述驻室空腔，与气体源连通。本发明的装置能够提供稳定、精确多喷流，消除喷流冲击以及管路刚性影响，提供喷流总压，并可在试验中精确测量试验系统安装状态下的喷管驻室内的喷流总压。

Description

用于多喷口侧向喷流的试验装置

技术领域

本发明属于实验装置技术领域，涉及一种用于亚/跨/超/高超声速风洞内，提供精确、稳定多喷口侧向喷流的试验装置，特别涉及一种用于多喷口侧向喷流的试验装置。

背景技术

侧向喷流产生的反作用力(RCS)可改变飞行器运动姿态或轨道，其作用在于补充气动舵面效率不足和快速改变飞行状态，已在国内外的多种飞行器上得到应用：例如PAC-3、THAAD、Aster、返回器以及我国多种新型高机动飞行器，RCS控制技术已成为以上飞行器的必备关键技术。然而，多喷流与外流干扰使得飞行器表面及空间流动发生显著变化，产生附加的气动力与力矩，控制系统设计需得到准确的表面载荷特性及气动特性，而风洞试验及数值预测是提供以上结果的重要手段，风洞试验也是验证数值方法模拟精度及指导其改进方向的重要途径。由此可见，试验结果的精准度直接关系到数值模拟方法的精度以及对喷流干扰特性的认知度。而采用直接测力方式进行喷流干扰附加气动力与力矩测量直接受多喷口试验装置结构形式及加工精度影响明显。喷流总压的准确性、喷流的稳定性以及减震防冲击结构设计的有效性直接导致实验结果的精准度，使得可提供精确、稳定多喷口侧向喷流试验装置成为得到高精度实验数据的关键。

多喷口侧向喷流试验装置的设计、加工是侧向喷流干扰试验的关键环节之一。该装置需能够在亚/跨/超/高超声速条件下，几百上千次提供稳定、精确的不同喷流总压下的多喷口喷流，并能降低喷流冲击及管路刚性带来的干扰。

过去多喷口侧向喷流试验装置要不未考虑减震防冲击结构或不能有效降低喷流冲击影响、要不未包含整流稳压结构、要不未增加传感器测量及检测装置、要不未考虑管路刚性影响以及减震结构限制喷流总压较低等问题。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

鉴于此，专门研制一种用于多喷口侧向喷流的试验装置，其能够提供稳定、精确多喷流，消除喷流冲击以及管路刚性影响，提供喷流总压，并可在试验中精确测量试验系统安装状态下的喷管驻室内的喷流总压。

本发明还有一个目的是提供一种用于多喷口侧向喷流的试验装置。该装置可精确、稳定地提供多喷口喷流，并可有效降低高能气流冲击、管路刚性抵触且可提供较高喷流总压加工模拟范围。

为此，本发明提供的技术方案为：

一种用于多喷口侧向喷流的试验装置，包括：

驻室，其具有一封闭的驻室空腔；和

气体整流装置，其设置在所述驻室的驻室空腔内，且侧壁上开设有多个通气孔与所述驻室空腔气体连通，所述气体整流装置的一端延伸出所述驻室空腔，与气体源连通。

优选的是，所述的用于多喷口侧向喷流的试验装置，还包括：

高压软管，其一端通过供气转接头与所述气体整流装置的一端连通，而另一端与所述气体源连通，为所述气体整流装置提供气体。

优选的是，所述的用于多喷口侧向喷流的试验装置，还包括：

喷管块，其固定于在所述驻室的外壁上；和

至少一个喷口，所述喷口的一端与所述驻室空腔连通，而另一端开口于所述喷管块的外壁上。

更优选的是，所述的用于多喷口侧向喷流的试验装置，还包括：

密封转接头，其设置在所述驻室的一端处，且与所述喷管块的一端连接，所述气体整流装置的一端穿过所述密封转接头以延伸出所述驻室空腔外，所述密封转接头还与所述供气转接头的一端连接；和

O型圈，其设置在所述密封转接头与所述驻室空腔之间。

优选的是，所述的用于多喷口侧向喷流的试验装置，还包括：

压力传感器，其设置在所述驻室空腔外，且通过传感器转接头与所述驻室空腔连通。

优选的是，所述的用于多喷口侧向喷流的试验装置中，所述气体整流装置呈管状。

优选的是，所述的用于多喷口侧向喷流的试验装置中，多个所述通气孔均匀开设于所述气体整流装置的外壁上，且位于所述驻室空腔内。

本发明至少包括以下有益效果：

(1)本发明采用了可变形的高压软管降低管路刚性抵触产生的干扰力及天平元件的读数漂移，结果表明是否通气、是否加载对天平的读数漂移基本无影响，提高了试验精度。

(2)本发明采用了驻室直接连接压力传感器测量驻室内的压力，可精确给出试验系统安装状态下的喷流总压，避免了总压不准带来的误差。

(3)本发明采用了驻室内增加多通孔的气体整流装置方式对高速气流进行整流，可降低喷流冲击以及提供稳定喷流气体，避免驻室内气流漩涡带来的喷流不均匀导致的试验精度降低问题。

(4)本发明采用了气体整流装置及软管相结合降低喷流冲击载荷的影响，保护了天平元件并避免了其它减震结构带来的喷流总压有限的问题。

(5)本发明的装置多次重复性试验验证，确保装置稳定、可靠。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明其中一个实施例中用于多喷口侧向喷流的试验装置的结构示意图；

图2为本发明其中一个实施例中用于多喷口侧向喷流的试验装置在低压环境下推力测量结果；

图3A为本发明其中一个实施例中多喷口侧向喷流干扰流场纹影图；

图3B为本发明其中一个实施例中多喷口侧向喷流干扰流程纹影图的计算图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

基于喷流试验的要求，本发明专门设计与制作了适用于亚/跨/超/高超声速风洞的多喷口侧向喷流的试验装置。如图1～3所示，本发明提供一种用于多喷口侧向喷流的试验装置，包括：

驻室1，其具有一封闭的驻室1空腔；和

气体整流装置3，其设置在所述驻室1的驻室1空腔内，且侧壁上开设有多个通气孔与所述驻室1空腔气体连通，所述气体整流装置3的一端延伸出所述驻室1空腔，与气体源连通。本发明通过设置驻室1以及气体整流装置3，可对高能气流进行整流、稳压，并提供可靠的喷流气体，以提供稳定的高能气流。

在本发明的其中一个实施例中，作为优选，该用于多喷口侧向喷流的试验装置，还包括：

高压软管6，其一端通过供气转接头5与所述气体整流装置3的一端连通，而另一端与所述气体源连通，为所述气体整流装置3提供气体。具有多列多行通孔的气体整流装置3以及高压软管6相结合可降低喷流冲击、管路刚性带来的干扰力，并可保证较高的喷流总压，模拟范围更大，起到减震防冲击的作用。

在本发明的其中一个实施例中，作为优选，该用于多喷口侧向喷流的试验装置，还包括：

喷管块2，其固定于在所述驻室1的外壁上；设置喷管块2可根据实际工作时需要调整该试验装置的外径，满足多种不同尺寸的需求。和

至少一个喷口，所述喷口的一端与所述驻室1空腔连通，而另一端开口于所述喷管块2的外壁上。以能够提供多喷口。

在本发明的其中一个实施例中，作为优选，为了提供以封闭性良好的驻室1空腔，该用于多喷口侧向喷流的试验装置，还包括：

密封转接头4，其设置在所述驻室1的一端处，且与所述喷管块2的一端连接，所述气体整流装置3的一端穿过所述密封转接头4以延伸出所述驻室1空腔外，所述密封转接头4还与所述供气转接头5的一端连接；和

O型圈7，其设置在所述密封转接头4与所述驻室1空腔之间。

在本发明的其中一个实施例中，作为优选，该用于多喷口侧向喷流的试验装置，还包括：

压力传感器9，其设置在所述驻室1空腔外，且通过传感器转接头8与所述驻室1空腔连通。通过压力传感器9可精确测量驻室1内的喷流总压，必要时可实时监控，起到随时测量喷流总压的作用。

在本发明的其中一个实施例中，作为优选，该用于多喷口侧向喷流的试验装置，所述气体整流装置3呈管状。

在本发明的其中一个实施例中，作为优选，该用于多喷口侧向喷流的试验装置，多个所述通气孔均匀开设于所述气体整流装置3的外壁上，且位于所述驻室1空腔内。

如图2和图3A、3B所示，从图3A和3B中，1为头激波，2为弓形激波，3为分离激波，4为三叉点。利用本发明的装置在亚/跨/超/高超声速风洞内完成了旋成体多喷流干扰试验，获得了反映干扰流场特征的表面载荷及整体气动力数据，结果合理且重复性好，验证了本发明的装置。

在本发明的其中一个实施例中，一种用于多喷口侧向喷流的试验装置，由驻室1、喷管块2、气体整流装置3、高压软管6、供气转接头5、传感器转接头8以及其它附件组合而成。多喷口喷管块2安装到驻室1上并密封；气体整流装置3从驻室1前端(或后端)伸进并固定；密封转接头4在驻室1前后端固定并密封；供气转接头5与驻室1后端密封转接头4连接；高压软管6与供气转接头5连接；传感器转接头8与驻室1前端密封转接头4连接，用于连接压力传感器9。此装置可以安装到旋成体模型上，提供精确、稳定、可靠的多喷口侧向喷流，其结构形式可为其它侧向喷流试验装置提供设计参考与基础。

在本发明的其中一个实施例，如图1所示。喷管块2与驻室1无缝、密封连接，驻室目的在于稳定气流。气体整流装置3表面上开设对称的通气孔，排孔的和面积为多喷流等效喉道面积的8倍以上，以便排孔出口附近流动马赫数降低，使气流均匀进入驻室，并可降低喷流总压损失及带来的干扰力。密封转接头4与驻室块连接，并采用“O”型圈7+螺纹密封；供气转接头5一端与密封转接头连接，另一端与高压软管6连接；软管及气体整流装置3相结合用以降低供气管路刚性带来的附加力、喷流瞬时带来的冲击力，阻止天平元件阻力元遭到破坏、保证喷流总压；传感器转接头连接压力传感器9，对驻室内的喷流总压进行测量，必要时实时监控，保证提供的喷流条件准确性，并通过增加天平元件对不同喷流总压下的多喷管推力进行测量，并与通过压力传感器得到的喷流总压工程估算的推力进行对比分析，再结合结果重复性来判断装置加工的精度。另外，根据实际应用需求，可进行相关零件的更换。

在本发明的其中一个实施例中，一种用于多喷口侧向喷流的试验装置包含喷管块2、压力稳定驻室1、减震防冲击结构、供气及传感器转接件等，其技术方案包含：

(1)设计。为喷流模型设计提供多喷口侧向喷流试验装置，包括多喷口设计、整流设计、稳压设计、减震防冲击设计、密封设计；

(2)制造。为保证喷流总压的稳定性、准确性、可靠性，制造工艺应保证喷管喉道、扩张段型面的精度、粗糙度以及气体整流装置3内壁粗糙度满足实验要求。

(3)安装。喷管块2与驻室1保证无缝连接，贴合误差符合实验要求，各处连接密封良好，耐压符合实验要求。

(4)检验。根据喷管的设计尺寸，通过十几次压力传感器9测压以及天平测力综合检验装置的稳定性、精确性以及密封性。

(5)应用。已在亚/跨/超/高超声速风洞内进行多次不同高低压条件下试验，获得了高精度喷流试验结果(见图2、3)，表明试验装置耐冲击性及喷流总压的稳定性、重复性误差符合要求，相关技术也成功应用在多项侧向喷流型号研制中，已获成功。

这里说明的模块数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的多喷口侧向喷流的试验装置的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

如上所述，根据本发明，由于设置有采用了气体整流装置及软管相结合降低喷流冲击载荷的影响、同时在气体整流装置上开设有多个通孔，因此提供了稳定气流，保护了天平元件并避免了其它减震结构带来的喷流总压有限的问题。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种用于多喷口侧向喷流的试验装置，其特征在于，包括：

驻室，其具有一封闭的驻室空腔；

气体整流装置，其设置在所述驻室的驻室空腔内，且侧壁上开设有多个通气孔与所述驻室空腔气体连通，所述气体整流装置的一端延伸出所述驻室空腔，与气体源连通；

喷管块，其固定于在所述驻室的外壁上；和

至少一个喷口，所述喷口的一端与所述驻室空腔连通，而另一端开口于所述喷管块的外壁上。

2.如权利要求1所述的用于多喷口侧向喷流的试验装置，其特征在于，还包括：

高压软管，其一端通过供气转接头与所述气体整流装置的一端连通，而另一端与所述气体源连通，为所述气体整流装置提供气体。

3.如权利要求1所述的用于多喷口侧向喷流的试验装置，其特征在于，还包括：

密封转接头，其设置在所述驻室的一端处，且与所述喷管块的一端连接，所述气体整流装置的一端穿过所述密封转接头以延伸出所述驻室空腔外，所述密封转接头还与供气转接头的一端连接；和

O型圈，其设置在所述密封转接头与所述驻室空腔之间。

4.如权利要求1所述的用于多喷口侧向喷流的试验装置，其特征在于，还包括：

压力传感器，其设置在所述驻室空腔外，且通过传感器转接头与所述驻室空腔连通。

5.如权利要求1所述的用于多喷口侧向喷流的试验装置，其特征在于，所述气体整流装置呈管状。

6.如权利要求1所述的用于多喷口侧向喷流的试验装置，其特征在于，多个所述通气孔均匀开设于所述气体整流装置的外壁上，且位于所述驻室空腔内。