CN106768803A - 一种亚音速圆转方气动喷管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种亚音速圆转方气动喷管，本发明针对亚音速风洞试验及航空发动机试验对试验区域大小及气流均匀性的要求，通过曲面组合结构。在有限轴向距离条件下，可以实现从圆形到方形的气流流动截面转换，同时在方形出口截面具有良好的流场均匀性。

Description

一种亚音速圆转方气动喷管

技术领域

本发明属于风洞气动设备，具体涉及一种亚音速圆转方气动喷管。

背景技术

随着现代空气动力学的发展，气动试验的研究内容越来越多样化。对气动试验能力的要求也越来越高。气动喷管一般用在风动试验、发动机试验中模拟飞行条件下的来流条件。当需要实现矩形截面试验段内的具有良好气动性能的流场时，就需要使用矩形喷管。

实际上，纯矩形喷管很难单独存在于试验中，主要是由于其稳压室结构为多为轴对称(圆形)。此时要使用一种结构将进气圆形管流转换为所要求的亚音速矩形管流。同时这种转换结构的尺寸往往受到试验器的限制，不能设计的太长，在固定喷管收缩比下，越短的长度越容易造成流动分离等现象，影响流动品质。因此在较短的长度尺寸下，设计一种圆转方气动喷管，完成从圆形管流到矩形管流的转换，并且兼顾流动品质要求是一项富有挑战性的工作。为获得与轴对称喷管的流场品质相当，圆转方气动喷管往往采用在基准型面，在此基础上，通常将直角结构设计为45°倾角，以减弱直角结构引起的最大纵向正压梯度。这样，喷管外表面上就存在多种型面，型面之间还要兼顾连续并一阶可导等条件约束。大大增加了型面的设计难度。

发明内容

发明创造目的

在空间受尺寸受限条件下，为了将风洞试验、发动机试验进气圆形管流转换为所要求的亚音速矩形管流，同时在流动出口保障良好的流动品质。设计了所述的亚音速圆转方气动喷管结构。

技术方案

提供一种亚音速圆转方气动喷管，所述的气动喷管为管型结构，所述的管型结构进口端为圆形，出口端为八角矩形，所述八角矩形由正方形通过四个直角端截去相同边长的等腰直角三角形后获得；所述进口端面积大于出口端面积；圆形开口平面与八角矩形开口平面平行，且圆形开口中心和八角矩形开口中心在同一条直线上，两个端面中心连线为中心轴；所述的八角矩形包括长边心距离和短边心距离；

八角矩形八个边的中线点与中心轴构成的平面与圆形进口相交得到均匀分布的八个点，从所述的八个点向八角矩形开口的八个端点延伸形成八个过渡曲面；八个过渡曲面包括4个宽过渡曲面和4个窄过渡曲面，且宽过渡曲面和窄过渡曲面交错排布在管型结构的外壁面上，通过八个过渡曲完成圆形到八角矩形的收缩；

所述从开口端向出口端的外壁面分为两部分，依次为过渡段、收缩段；

在过渡段，为了保证4个宽过渡面与4个窄过渡面之间的光滑过渡，实现圆形向八角形的光滑过渡，相邻的宽过渡面与窄过渡面之间均通过交接面过渡，共形成有8个交接面；

其中：

对于宽过渡面来说，以管型结构的中心线为x横轴，以开口端圆心为坐标原点，以垂直宽过渡曲面的直线为Rw纵轴形成直角坐标系；所述的宽过渡曲面在直角坐标系中的投影曲线为维氏曲线，且满足以下关系式：

式中，r1为所述进口圆形半径，表示维氏曲线一端的高度；r2为矩形的短边心距离，表示维氏曲线另一端的高度；L为常数，表示为维氏曲线的横向长度；

对于窄过渡面来说，以管型结构的中心线为x横轴，以开口端圆心为坐标原点，以垂直宽过渡曲面的直线为Rs纵轴形成直角坐标系；所述的宽过渡曲面在直角坐标系中的投影曲线为维氏曲线，且满足以下关系式：

式中，r1为所述进口圆半径，表示维氏曲线一端的高度；r2为矩形的短边心距离；r3为矩形的长边心距离，表示维氏曲线另一端的高度；L为常数，表示为维氏曲线的横向长度。

技术效果

第一，可以在有限轴向距离条件下，可以实现从圆形到方形的气流流动截面转换。

第二，从圆形到方形截面转换过程中气动喷管横截面积变化仍是均匀的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

其中：1进口圆、2过渡段、3收缩段、4出口八角矩形、5窄过渡面、6宽过渡面、7交接面。

具体实施方式

提供一种亚音速圆转方气动喷管，所述的气动喷管为管型结构，所述的管型结构进口端为圆形，出口端为八角矩形，所述八角矩形由正方形通过四个直角端截去相同边长的等腰直角三角形后获得；所述进口端面积大于出口端面积；圆形开口平面与八角矩形开口平面平行，且圆形开口中心和八角矩形开口中心在同一条直线上，两个端面中心连线为中心轴；所述的八角矩形包括长边心距离和短边心距离；

八角矩形八个边的中线点与中心轴构成的平面与圆形进口相交得到均匀分布的八个点，从所述的八个点向八角矩形开口的八个端点延伸形成八个过渡曲面；八个过渡曲面包括4个宽过渡曲面和4个窄过渡曲面，且宽过渡曲面和窄过渡曲面交错排布在管型结构的外壁面上，通过八个过渡曲完成圆形到八角矩形的收缩；

所述从开口端向出口端的外壁面分为两部分，依次为过渡段、收缩段；

在过渡段，为了保证4个宽过渡面与4个窄过渡面之间的光滑过渡，实现圆形向八角形的光滑过渡，相邻的宽过渡面与窄过渡面之间均通过交接面过渡，共形成有8个交接面；

其中：

对于宽过渡面来说，以管型结构的中心线为x横轴，以开口端圆心为坐标原点，以垂直宽过渡曲面的直线为Rw纵轴形成直角坐标系；所述的宽过渡曲面在直角坐标系中的投影曲线为维氏曲线，且满足以下关系式：

式中，r1为所述进口圆形半径，表示维氏曲线一端的高度；r2为矩形的短边心距离，表示维氏曲线另一端的高度；L为常数，表示为维氏曲线的横向长度；

对于窄过渡面来说，以管型结构的中心线为x横轴，以开口端圆心为坐标原点，以垂直宽过渡曲面的直线为Rs纵轴形成直角坐标系；所述的宽过渡曲面在直角坐标系中的投影曲线为维氏曲线，且满足以下关系式：

式中，r1为所述进口圆半径，表示维氏曲线一端的高度；r2为矩形的短边心距离；r3为矩形的长边心距离，表示维氏曲线另一端的高度；L为常数，表示为维氏曲线的横向长度。

Claims (1)

1.一种亚音速圆转方气动喷管，所述的气动喷管为管型结构，所述的管型结构进口端为圆形，出口端为八角矩形，所述八角矩形由正方形通过四个直角端截去相同边长的等腰直角三角形后获得；所述进口端面积大于出口端面积；圆形开口平面与八角矩形开口平面平行，且圆形开口中心和八角矩形开口中心在同一条直线上，两个端面中心连线为中心轴；所述的八角矩形包括长边心距离和短边心距离；

八角矩形八个边的中线点与中心轴构成的平面与圆形进口相交得到均匀分布的八个点，从所述的八个点向八角矩形开口的八个端点延伸形成八个过渡曲面；八个过渡曲面包括4个宽过渡曲面和4个窄过渡曲面，且宽过渡曲面和窄过渡曲面交错排布在管型结构的外壁面上，通过八个过渡曲完成圆形到八角矩形的收缩；

所述从开口端向出口端的外壁面分为两部分，依次为过渡段、收缩段；

在过渡段，为了保证4个宽过渡面与4个窄过渡面之间的光滑过渡，实现圆形向八角形的光滑过渡，相邻的宽过渡面与窄过渡面之间均通过交接面过渡，共形成有8个交接面；

其中：

对于宽过渡面来说，以管型结构的中心线为x横轴，以开口端圆心为坐标原点，以垂直宽过渡曲面的直线为Rw纵轴形成直角坐标系；所述的宽过渡曲面在直角坐标系中的投影曲线为维氏曲线，且满足以下关系式：

$R_W=\frac{r2}{\sqrt{1-(1-{\left(\frac{r2}{r1}\right)}^2)\frac{{(1-\frac{x^2}{L^2})}^2}{{(1+\frac{x^2}{3L^2})}^3}}}$

式中，r1为所述进口圆形半径，表示维氏曲线一端的高度；r2为矩形的短边心距离，表示维氏曲线另一端的高度；L为常数，表示为维氏曲线的横向长度；

对于窄过渡面来说，以管型结构的中心线为x横轴，以开口端圆心为坐标原点，以垂直宽过渡曲面的直线为Rs纵轴形成直角坐标系；所述的宽过渡曲面在直角坐标系中的投影曲线为维氏曲线，且满足以下关系式：

$R_S=\frac{r3}{\sqrt{1-(1-{\left(\frac{r2}{r1}\right)}^2)\frac{{(1-\frac{x^2}{L^2})}^2}{{(1+\frac{x^2}{3L^2})}^3}}}$

式中，r1为所述进口圆半径，表示维氏曲线一端的高度；r2为矩形的短边心距离；r3为矩形的长边心距离，表示维氏曲线另一端的高度；L为常数，表示为维氏曲线的横向长度。