CN106441918B - 一种进气道试验脉动反压产生装置 - Google Patents

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Abstract

一种进气道试验脉动反压产生装置，包括安装在风洞出口外侧的节流旋片以及驱动节流旋片旋转的驱动机构，所述节流旋片包括2片以上的旋片，节流旋片在驱动机构的驱动下旋转，在旋转过程中每片旋片均能够实现轮流挡住一定面积的风洞出口进而产生节流。与现有技术中采用的节流堵锥以及旋转椭圆方法相比，本发明能够产生更高频率范围的脉动反压信号，而且其脉动反压信号的时均值、振幅、频率均是可调的。另外，本发明产生相同频率的脉动反压信号，所需电机转速更低。

Description

一种进气道试验脉动反压产生装置
技术领域
本发明涉及进气道风洞试验领域，具体涉及一种脉动反压产生装置。
背景技术
超燃冲压发动机主要由进气道-隔离段、燃烧室和尾喷管等部分组成，进气道-隔离段是发动机重要的压缩部件，其下游与燃烧室相接。在发动机实际工作过程中，燃烧室内存在燃烧振荡或燃烧不稳定现象，导致燃烧室压力以一定频率和振幅脉动，因此在研究反压对进气道-隔离段影响试验中，需要模拟脉动反压。
目前已有的脉动反压产生方式主要有两种：
(1)通过电机控制节流装置(如节流堵锥等)，使其周期性改变节流程度，从而产生脉动反压。通过电机驱动节流尾椎，使其以一定频率改变位置，营造脉动反压。曹学斌在其博士论文《矩形隔离段流动特性及控制规律研究》中详细阐述了这一方式，并能够产生2～4Hz的脉动反压，图1为装置示意图。
(2)通过旋转椭圆的方式产生脉动反压，反压脉动频率由旋转速度决定，反压脉动幅度由椭圆装置型面决定。Bruce P.J.K.在2008年发表在《Journal of Fluid Mechanics》Vol.603上的文献《Unsteady Shock Wave Dynamics》中详细描述了这一种脉动反压产生装置，且产生了频率为16～90Hz的脉动反压。
超燃冲压发动机实际工作时，其燃烧室内压力脉动频率范围为几十到200Hz，现有技术所能产生的脉动反压频率均小于这个范围，图1所示技术仅能产生几赫兹的脉动反压，图2所示技术产生脉动反压也小于100Hz，因此不能模拟真实情况。
发明内容
为了克服现有技术中存在的这些缺陷，本发明提出了一种进气道试验脉动反压产生装置。
本发明采用的技术方案是：
一种进气道试验脉动反压产生装置，包括安装在风洞出口外侧的节流旋片以及驱动节流旋片旋转的驱动机构，所述节流旋片包括2片以上的旋片，节流旋片在驱动机构的驱动下旋转，在旋转过程中每片旋片均能够实现轮流挡住一定面积的风洞出口进而产生节流。
进一步地，节流旋片包括能够将节流旋片安装到电机转轴上的中心轴套以及设置在中心轴套外围的2片以上的旋片。
进一步地，各旋片包括用于遮挡风洞的叶片，叶片的形状可以为方形、椭圆形、长方形、五边形、六边形等各种形状。
进一步地，2片以上的旋片呈圆周分布，且相邻旋片连接在一起形成一个旋片圈后旋片圈的中部与中心轴套连接，旋片圈所在圆周与中心轴套的轴线垂直。
或者，各旋片分别与中心轴套连接，连接在中心轴套上的各旋片呈圆周分布在中心轴套上，且各旋片所在平面与中心轴套的轴线垂直。进一步地，各旋片的末端设置有能够将旋片套装在中心轴套上的安装孔。
进一步地，节流旋片包括2-12片旋片。
进一步地，节流旋片上的各旋片等间距分布。
进一步地，节流旋片上的各旋片的形状、尺寸可以相同也可以不同。
进一步地，节流旋片垂直或者倾斜安装在风洞出口外侧。
进一步地，所述驱动机构包括变频电机以及变频器，节流旋片的中心轴套与变频电机的驱动轴键接后通过锁紧螺钉锁紧连接，变频电机连接有变频器，变频电机的旋转速度和方向由变频器精确控制，通过调节旋片的旋转速度实现脉动反压频率的调节。
进一步地，节流旋片垂直安装在风洞出口外侧，节流旋片上的所有旋片垂直安装在中心轴套的同一圆周上，风洞出口截面圆心O2与节流旋片中心O1之间的圆心距为L，节流旋片所在圆周面与风洞出口截面的距离为d，通过改变参数L和参数d，可以调节脉动反压振幅大小，当左右或上下移动节流旋片的位置，使圆心距L变小时，则脉动反压振幅升高；当沿轴向前后移动节流旋片位置，使距离d减小时，则脉动反压振幅升高。
与现有技术中采用的节流堵锥相比，本发明主要优点有：
(1)能够产生更高频率范围的脉动反压信号；
(2)脉动反压信号的时均值、振幅、频率均是可调的；
(3)产生相同频率的脉动反压信号，所需电机转速更低。
附图说明
图1为一种脉动反压产生装置(节流尾锥结构)示意图。
图2为一种脉动反压产生装置(椭圆型旋转装置)示意图。
图3为节流旋片结构示意图。
图4为节流旋片的安装示意图。
图5为几种不同形状旋片的结构示意图。
图6为变频器频率设置为25Hz时，在管道一处测得的脉动压力信号曲线及其频谱分析结果示意图
图7为变频器频率设置为45Hz时，在管道一处测得的脉动压力信号曲线及其频谱分析结果示意图
其中：
1、节流旋片；2、旋片；3、中心轴套；4、叶片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
参照图3和图4，本实施例一种进气道试验脉动反压产生装置，包括安装在风洞出口外侧的节流旋片1以及驱动节流旋片1旋转的驱动机构，所述节流旋片1包括2片以上的旋片2，节流旋片1在驱动机构的驱动下旋转，在旋转过程中每片旋片2均能够实现轮流挡住一定面积的风洞出口进而产生节流。本发明驱动机构包括变频电机以及变频器，节流旋片的中心轴套与变频电机的驱动轴连接，变频电机连接有变频器，变频电机的的旋转速度和方向由变频器精确控制。变频器是控制电机和节流旋片旋转速度的部件，通过改变输入电流频率，从而改变旋片旋转速度，从而调节反压脉动频率。输入电流频率越高，所能产生反压脉动频率越高。本实施例中能够产生频率为15～300Hz的脉动反压。
节流旋片1包括能够将节流旋片安装到电机转轴上的中心轴套3以及设置在中心轴套3外围的2片以上的旋片2。各旋片包括用于遮挡风洞的叶片4，叶片的形状可以为方形、椭圆形、长方形、五边形、六变形等各种形状。
本实施例中，节流旋片1垂直安装在风洞出口外侧，节流旋片1包括六片形状尺寸完全相同的旋片，且6片旋片连接在一起呈圆周分布。节流旋片上的所有旋片2垂直安装在中心轴套3的同一圆周上。
通过节流旋片旋转产生周期性节流，从而营造脉动反压。当旋片挡住风洞出口最大面积时，节流程度最大，此时脉动反压到达峰值；当旋片挡住风洞出口最小面积时，节流程度最小，此时脉动反压达到谷值，两者之差即为脉动反压振幅。
L为风洞出口截面圆心O2与节流旋片中心O1之间的圆心距，d为节流旋片外表面与风洞出口截面距离，图3给出了旋片挡住风洞出口最大面积时的轴向图，图4给出了旋片挡住风洞出口最大面积时的侧向视图。通过改变参数L和参数d，可以调节脉动反压振幅大小，当左右或上下移动节流旋片的位置，使圆心距L变小时，则脉动反压振幅升高；当沿轴向前后移动节流旋片位置，使距离d减小时，则脉动反压振幅升高。
图4给出了变频器频率设置为25Hz时，在管道一处测得的脉动压力信号曲线及其频谱分析结果。图5给出了变频器频率设置为45Hz时压力信号及其频谱分析。由试验结果可知，当变频器频率分别设置为25Hz和45Hz时，所产生脉动压力主频分别为75Hz和135Hz，即本发明涉及的脉动反压产生装置能够产生3倍于变频器频率的反压信号。
以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。

Claims (8)

1.一种进气道试验脉动反压产生装置，其特征在于，包括安装在风洞出口外侧的节流旋片以及驱动节流旋片旋转的驱动机构，所述节流旋片包括2片以上的旋片，节流旋片在驱动机构的驱动下旋转，在旋转过程中每片旋片均能够实现轮流挡住一定面积的风洞出口进而产生节流；节流旋片包括能够将节流旋片安装到电机转轴上的中心轴套以及设置在中心轴套外围的2片以上的旋片；节流旋片垂直安装在风洞出口外侧，节流旋片上的所有旋片垂直安装在中心转轴的同一圆周上，风洞出口截面圆心O2与节流旋片中心O1之间的圆心距为L，节流旋片所在圆周面与风洞出口截面的距离为d，通过改变参数L和参数d，可以调节脉动反压振幅大小，当左右或上下移动节流旋片的位置，使圆心距L变小时，则脉动反压振幅升高；当沿轴向前后移动节流旋片位置，使距离d减小时，则脉动反压振幅升高。
2.根据权利要求1所述的进气道试验脉动反压产生装置，其特征在于，各旋片包括用于遮挡风洞的叶片，叶片的形状为方形、椭圆形、长方形、五边形或六边形。
3.根据权利要求1或2所述的进气道试验脉动反压产生装置，其特征在于，2片以上的旋片呈圆周分布，且相邻旋片连接在一起形成一个旋片圈后旋片圈的中部与中心轴套连接，旋片圈所在圆周与中心轴套的轴线垂直。
4.根据权利要求1或2所述的进气道试验脉动反压产生装置，其特征在于，各旋片分别与中心轴套连接，连接在中心轴套上的各旋片呈圆周分布在中心轴套上，且各旋片所在平面与中心轴套的轴线垂直。
5.根据权利要求4所述的进气道试验脉动反压产生装置，其特征在于，各旋片的末端设置有能够将旋片套装在中心轴套上的安装孔。
6.根据权利要求1或2所述的进气道试验脉动反压产生装置，其特征在于，节流旋片包括2-12片旋片，节流旋片上的各旋片等间距分布。
7.根据权利要求1或2所述的进气道试验脉动反压产生装置，其特征在于，节流旋片垂直或者倾斜安装在风洞出口外侧。
8.根据权利要求1或2所述的进气道试验脉动反压产生装置，其特征在于，所述驱动机构包括变频电机以及变频器，节流旋片的中心轴套与变频电机的驱动轴键接后通过锁紧螺钉锁紧连接，变频电机连接有变频器，变频电机的旋转速度和方向由变频器精确控制，通过调节旋片的旋转速度实现脉动反压频率的调节。
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