CN107796588B - 一种风洞试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开的一种风洞试验装置，涉及风洞试验技术，能够解决试验件表面的实际焓值低于设计焓值问题。该装置包括喷管、试验件、扩压段和真空罐，喷管壁面设有抽吸区域，抽吸区域通过气体管道与真空罐连接，通过抽吸作用，将贴近喷管壁面附近边界层内低焓流体抽离喷管，使主流流体重新补充到喷管壁面，消除由于喷管设备冷却使得试验件表面无法达到设计焓值的不利影响，主要用于风洞试验。

Description

一种风洞试验装置
技术领域
本发明涉及风洞试验技术领域，涉及一种风洞试验装置。
背景技术
高超声速飞行器技术的发展离不开热防护技术的进步，而风洞试验能够提供最接近真实飞行条件的模拟环境，是现有考核热防护材料的防隔热性能、抗冲刷性能以及抗氧化性能的有效有段。大量的热防护材料平板试验发现，喷管设备的冷却对于贴壁型试验件壁面附近的焓值影响较大，喷管冷却使得试验件表面的实际焓值低于设计焓值，这直接导致热防护材料的欠考核，难以保证试验的有效性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种风洞试验装置，能够解决试验件表面的实际焓值低于设计焓值问题。
本发明的技术解决方案：
一种风洞试验装置，该装置包括依次连接的喷管、试验段、扩压段和一个真空罐，所述喷管(下)壁面设有抽吸区域(1)，所述抽吸区域(1)通过气体管道(2)与所述真空罐连接，所述抽吸区域(1)通过气体管道(2)与所述真空罐连接，所述气体管道(2)和所述抽吸区域(1)相接处的形状、尺寸和所述抽吸区域(1)的形状、尺寸相同，通过所述真空罐的抽吸作用，将所述喷管壁面附近边界层内低焓流体抽离喷管，使主流流体重新补充到所述喷管壁面。
进一步可选的，所述气体管道(2)上设有流量调节阀(3)，所述流量调节阀(3)用于控制所述气体管道(2)的抽吸流量。
进一步可选的，所述抽吸区域(1)的几何参数使试验段表面总焓最大、喷管抽吸流量最小，所述几何参数包含长度L1、宽度L2、几何角度α和抽吸区域距离喷管出口距离X0。
本发明实施例提供的一种风洞试验装置，在喷管壁面开辟抽吸区域，将真空罐作为抽吸的动力源，通过气路与真空罐相连接，在气路中增加调节阀装置实现抽吸流量的控制，实现试验件壁面总焓的提高。不增加额外的设施，采用常规地面试验装置中的真空罐作为抽吸源，在喷管壁面开辟抽吸位置，增加气路实现喷管壁面抽吸位置与真空罐连接，通过调节阀控制抽吸流量，对现有试验设备改造代价小，达到提高试验件壁面总焓的目标，有效消除焓降带来的不利影响。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种风洞试验装置结构示意图；
图2为图1所示装置中抽吸区域结构示意图；
图3为图1所示装置设计流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
本发明实施例提供一种风洞试验装置，在现有风洞试验装置的基础上，经过较小改动就能解决试验件表面的实际焓值低于设计焓值问题，对于高超声速平板类风洞试验考核提供了解决方案，具有良好的工程应用价值。
如图1所示，该装置包括依次连接的喷管、试验段、扩压段和一个真空罐，喷管下壁面设有抽吸区域1，抽吸区域1最好选择流动速度低于局部音速的位置，使得抽吸通道内为亚音速流动。抽吸区域1通过气体管道2与真空罐连接，抽吸区域(1)通过气体管道(2)与真空罐连接，气体管道(2)和抽吸区域(1)相接处的形状、尺寸和抽吸区域(1)的形状、尺寸相同，通过真空罐的抽吸作用，将喷管壁面附近边界层内低焓流体抽离喷管，使未受冷却影响的主流流体重新补充到所述喷管壁面，恢复壁面焓值。
其中，喷管、试验段、扩压段和真空罐之间的形状结构和连接方式采用本领域技术人员所熟知的手段实现，此处不做过多描述。
可选的，气体管道2上设有流量调节阀3，流量调节阀3用于控制气体管道2的抽吸流量。
参见图2，可选的，抽吸区域1的几何参数使试验段表面总焓最大、喷管抽吸流量最小，几何参数包含长度L1、宽度L2、几何角度α和抽吸区域距离喷管出口距离X0。
本实施例提供的风洞试验装置，在喷管壁面开辟抽吸区域，将真空罐作为抽吸的动力源，通过气路与真空罐相连接，在气路中增加调节阀装置实现抽吸流量的控制，实现试验件壁面总焓的提高。不增加额外的设施，采用常规地面试验装置中的真空罐作为抽吸源，在喷管壁面开辟抽吸位置，增加气路实现喷管壁面抽吸位置与真空罐连接，通过调节阀控制抽吸流量，对现有试验设备改造代价小，达到提高试验件壁面总焓的目标，有效消除焓降带来的不利影响。
为了便于读者理解上述风洞试验装置，下面对该装置的设计过程进行详细描述，参见图3，该方法包括以下过程：
步骤1，常规风洞试验装置包括依次连接的喷管、试验段、扩压段和一个真空罐，根据常规风洞试验装置几何结构，建立其三维实体模型，进行网格划分，设置边界条件，所述边界条件包括来流总焓、总压、静温、出口超音速条件和冷壁壁温，采用计算流体动力学软件进行仿真，得到试验件壁面总焓分布与喷管内流场分布，该仿真过程是本领域技术人员所熟知的技术，此处不再赘述；
步骤2，初步获取喷管下壁面抽吸区域几何参数，几何参数包含长度尺度L1、宽度尺度L2、几何角度α、抽吸区域距离喷管出口距离X0，其中，长度尺度L1与试验段横向尺度保持一致，宽度尺度L2由抽吸流量确定，抽吸流量越大宽度尺度L2越大，抽吸流量越小宽度尺度L2越小，几何角度α要与喷管侧壁的扩张角一致，抽吸区域距离喷管出口距离要大于抽吸导致的斜激波再附距离，为了控制抽吸流量，最好使抽吸管道内气体流速在亚音速范围，因此抽吸区域位置的气体流动速度选取不大于音速的位置，根据抽吸流量，确定长度尺度L1和宽度尺度L2，进而确定抽吸面积。
根据试验需求，给定抽吸流量范围，设置边界条件，所述边界条件包括来流总焓、总压、静温、出口超音速条件和冷壁壁温，开展计算流体动力学仿真，获取该抽吸方案的试验件壁面总焓分布与喷管内流场分布，该仿真过程是本领域技术人员所熟知的技术，此处不再赘述；
步骤3，试验件壁面总焓与抽吸流量为优化目标参数，以计算流体动力学仿真技术为优化手段，对抽吸区域的几何参数进行优化设计，优化的目标是使试验件表面总焓最大、喷管抽吸流量最小；
步骤4，对优化结果开展试验验证；
将步骤2获取的带有抽吸区域的风洞试验装置内壁面总焓分布与喷管内流场分布和步骤1获取的常规风洞试验装置内壁面总焓分布与喷管内流场分布进行比对，可知，带有抽吸区域的风洞试验装置能有效提高试验件壁面总焓的目标，有效消除喷管设备冷却使得壁面焓值降低带来的不利影响。
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (1)

1.一种风洞试验装置，该装置包括依次连接的喷管、试验段、扩压段和一个真空罐，其特征在于，所述喷管下壁面设有抽吸区域(1)，所述抽吸区域(1)通过气体管道(2)与所述真空罐连接，所述气体管道(2)和所述抽吸区域(1)相接处的形状、尺寸和所述抽吸区域(1)的形状、尺寸相同，通过所述真空罐的抽吸作用，将所述喷管壁面附近边界层内低焓流体抽离喷管，使主流流体重新补充到所述喷管壁面，其中，所述气体管道(2)上设有流量调节阀(3)，所述流量调节阀(3)用于控制所述气体管道(2)的抽吸流量；所述抽吸区域(1)的几何参数使试验段表面总焓最大、喷管抽吸流量最小，所述几何参数包含长度L1、宽度L2、几何角度α和抽吸区域距离喷管出口距离X0，其中，所述几何角度α是抽吸区域面向来流的一侧面和与该侧面相邻侧面的夹角，所述长度L1为抽吸区域的靠近试验段的垂直来流方向的长度，所述宽度L2为抽吸区域的沿来流方向的尺度，且几何角度α与喷管侧壁的扩张角一致，长度L1与试验段横向尺度一致，宽度L2由抽吸流量确定，抽吸区域距离喷管出口距离大于抽吸导致的斜激波再附距离。
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