CN108181076B - 亚声速混合层风洞 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种亚声速混合层风洞，包括：引流系统，用于引入两股温度和速度均不相同的第一气流和第二气流。还包括稳定段，连接于引流系统的出流端，用于对第一气流和第二气流分别进行整流和输送。以及试验段，连接于稳定段的出流端，用于供第一气流和第二气流进行剪切混合，试验段中设有供光学非接触测试技术实施的光学观察窗口。采用本发明的混合层风洞可进行亚声速混合层流场结构研究，进而根据亚声速混合层流动研究气动光学效应机理，认识气动光学效应和流场结构的关系，为有效进行气动光学控制、提高气动光学性能提供重要的理论依据，且可通过光学观察窗口进行定量流动成像技术研究，进而研究亚声速混合层流动结构的特征。

Description

亚声速混合层风洞

技术领域

本发明涉及风洞领域，特别地，涉及一种亚声速混合层风洞。

背景技术

亚声速混合层流动周围的变折射率流场会引起光线的偏移、抖动等气动光学效应，研究气动光学效应机理，不仅有助于认识气动光学效应和流场结构的关系，而且为有效进行气动光学控制、提高气动光学性能提供重要的理论依据，相关研究工作亟待深入开展。

风洞是产生亚声速混合层的重要装置，由于存在不稳定性，风洞边界的任何扰动都可能改变混合层的流场结构，甚至在来流流场品质较差的风洞中，来流边界层和试验段壁面本身就存在各种频率的扰动，这对于研究混合层流场结构是十分不利的。对于亚声速混合层流动结构的特征，定量流动成像技术是研究这些特征的重要手段，它需要混合层风洞具有良好的光学测量环境，相应的风洞光学窗口需要针对研究对象的特点进行设计。

现有技术中，仅有一些关于超声速混合层风洞的研究成果作为参考，而没有关于亚声速混合层风洞的相关研究。

发明内容

本发明提供了一种亚声速混合层风洞，以解决现有技术中仅有超声速混合层风洞，且超声速混合层风洞的光学测试环境差的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种亚声速混合层风洞，包括：引流系统，用于引入两股温度和速度均不相同的第一气流和第二气流；稳定段，连接于引流系统的出流端，用于对第一气流和第二气流分别进行整流和输送；以及试验段，连接于稳定段的出流端，用于供第一气流和第二气流进行剪切混合，试验段中设有供光学非接触测试技术实施的光学观察窗口。

进一步地，引流系统包括用于引入第一气流的第一气流引入装置、用于引入第二气流的第二气流引入装置，第一气流引入装置和第二气流引入装置均包括：用于根据实验需求供给相应速度气流的气源、与气源相连的用于输送气流的气流输送管，气流输送管的输出端与稳定段相连，第一气流引入装置和/或第二气流引入装置的气流输送管的管路中连接有用于加热气流以使两根气流输送管中气流的温度不同的气体加热器。

进一步地，两根气流输送管均包括与气源相连的平直段、与平直段的出流端相连的第一扩张段，第一扩张段的出流端与稳定段相连；平直段内腔的截面尺寸在气流流动方向上保持不变；第一扩张段内腔的截面尺寸在气流流动方向上逐渐增大，以使气流由气流输送管均匀过渡至稳定段中。

进一步地，试验段呈长方体状，包括呈长方体状的安装框架，安装框架的一端与稳定段相连，安装框架的四个侧面上各安装有一块光学玻璃。

进一步地，安装框架由呈长方体状的两个空心框架构成，两个空心框架首尾相接，且其中一个空心框架的端部与稳定段相连，两个空心框架的八个侧壁上各设有一块光学玻璃。

进一步地，亚声速混合层风洞还包括与试验段的出流端相连的排气系统，排气系统用于对由第一气流和第二气流混合形成的混合气流进行减速降噪处理，以使混合气流排放至大气中。

进一步地，排气系统包括与试验段的出流端相连的排气管道，排气管道用于对混合气流进行减速增压，排气管道的出流端连接有用于对混合气流进行降噪的消音舱，消音舱的出流端与大气连通。

进一步地，排气管道包括与试验段相连的第二扩张段、与第二扩张段的出流端相连的排气段，排气段的出流端连接消音舱；第二扩张段内腔的截面尺寸在气流流动方向上逐渐增大；排气段内腔的截面尺寸在气流流动方向上保持不变。

进一步地，稳定段内设有沿气流流动方向延伸的分隔板，分隔板用于把稳定段的内腔分隔为两个独立的用于分别输送第一气流和第二气流的分隔腔，两个分隔腔的进流端分别与第一气流引入装置和第二气流引入装置连通，两个分隔腔的出流端同时与试验段连通；或者稳定段包括两根平行设置且结构相同的稳定管，两根稳定管的进流端分别与第一气流引入装置和第二气流引入装置连通，两根稳定管的出流端同时与试验段连通。

进一步地，稳定段包括与引流系统相连的水平段、与水平段的出流口相连的收缩段，收缩段的出流端连接试验段；水平段内腔的截面尺寸在气流流动方向上保持不变；收缩段内腔的截面尺寸在气流流动方向上逐渐缩小。

本发明具有以下有益效果：

本发明的亚声速混合层风洞中，包括用于引入两股温度和速度均不相同的第一气流和第二气流的引流系统，还包括连接于引流系统的出流端，用于对第一气流和第二气流分别进行整流和输送的稳定段，还包括连接于稳定段的出流端，用于供第一气流和第二气流进行剪切混合的试验段，从而采用本发明的混合层风洞可进行亚声速混合层流场结构研究，进而根据亚声速混合层流动研究气动光学效应机理，认识气动光学效应和流场结构的关系，为有效进行气动光学控制、提高气动光学性能提供重要的理论依据。进一步地，由于试验段中设有供光学非接触测试技术实施的光学观察窗口，从而可通过光学观察窗口进行定量流动成像技术研究，进而研究亚声速混合层流动结构的特征。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的亚声速混合层风洞的空间结构示意图；

图2是图1中亚声速混合层风洞的原理图。

图例说明

10、引流系统；11、第一气流引入装置；12、第二气流引入装置；101、气源；102、气流输送管；1021、平直段；1022、第一扩张段；103、气体加热器；20、稳定段；21、水平段；22、收缩段；30、试验段；31、安装框架；32、光学玻璃；40、排气系统；41、排气管道；411、第二扩张段；412、排气段；42、消音舱；50、分隔板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种亚声速混合层风洞，包括：引流系统10，用于引入两股温度和速度均不相同的第一气流和第二气流。还包括稳定段20，连接于引流系统10的出流端，用于对第一气流和第二气流分别进行整流和输送。以及试验段30，连接于稳定段20的出流端，用于供第一气流和第二气流进行剪切混合，试验段30中设有供光学非接触测试技术实施的光学观察窗口。本发明的亚声速混合层风洞中，包括用于引入两股温度和速度均不相同的第一气流和第二气流的引流系统10，还包括连接于引流系统10的出流端，用于对第一气流和第二气流分别进行整流和输送的稳定段20，还包括连接于稳定段20的出流端，用于供第一气流和第二气流进行剪切混合的试验段30，从而采用本发明的混合层风洞可进行亚声速混合层流场结构研究，进而根据亚声速混合层流动研究气动光学效应机理，认识气动光学效应和流场结构的关系，为有效进行气动光学控制、提高气动光学性能提供重要的理论依据。进一步地，由于试验段30中设有供光学非接触测试技术实施的光学观察窗口，从而可通过光学观察窗口进行定量流动成像技术研究，进而研究亚声速混合层流动结构的特征。

可选地，如图1所示，引流系统10包括用于引入第一气流的第一气流引入装置11、用于引入第二气流的第二气流引入装置12，第一气流引入装置11和第二气流引入装置12均包括：用于根据实验需求供给相应速度气流的气源101、与气源101相连的用于输送气流的气流输送管102，气流输送管102的输出端与稳定段20相连，第一气流引入装置11和/或第二气流引入装置12的气流输送管102的管路中连接有用于加热气流以使两根气流输送管102中气流的温度不同的气体加热器103。

本发明的第一气流引入装置11和第二气流引入装置12均包括气源101，气源101用于根据实验需求供给不同速度大小的气流，且同一试验中，两个气源101供给的气流的速度大小不同，以在试验段30中模拟出同向且速度大小不同的两股气流的剪切混合。第一气流引入装置11的气流输送管102的管路中设有用于对该管路中的气流进行加热的气体加热器103，气体加热器103加热气流，用于使两根气流输送管102中的气流的温度不同，从而在试验段30中模拟出同向且温度高低不同的两股气流的剪切混合。或者，仅在第二气流引入装置12的气流输送管102的管路中设置该气体加热器103。或者，在第一气流引入装置11和第二气流引入装置12两者的气流输送管102的管路中各设置气体加热器103。本发明具体实施例中，仅在其中一根气流输送管102中设置气体加热器103，另一根气流输送管102中的气流为常温气流，从而达到节约资源、降低试验成本的目的。

本发明具体实施例中，结合图1和图2所示，两根气流输送管102均包括与气源101相连的平直段1021、与平直段1021的出流端相连的第一扩张段1022，第一扩张段1022的出流端与稳定段20相连。平直段1021内腔的截面尺寸在气流流动方向上保持不变。第一扩张段1022内腔的截面尺寸在气流流动方向上逐渐增大，以使气流由气流输送管102均匀过渡至稳定段20中。

可选地，如图1所示，试验段30呈长方体状，包括呈长方体状的安装框架31，安装框架31的一端与稳定段20相连，安装框架31的四个侧面上各安装有一块光学玻璃32。通过光学玻璃32，可清楚的观察混合层流场流动机理和结构特点。并且通过光学玻璃32，可透过混合层展向的光线方向，模拟光学偏折、抖动等试验。

本发明具体实施例中，安装框架31由呈长方体状的两个空心框架构成，两个空心框架首尾相接，且其中一个空心框架的端部与稳定段20相连，两个空心框架的八个侧壁上各设有一块光学玻璃32。安装框架31由两个空心框架构成，且两个空心框架的八个侧壁上各设有一块光学玻璃32，从而可缩短单块光学玻璃32在气流流动方向上的长度，从而提高光学玻璃32安装的稳定性。

可选地，如图1所示，亚声速混合层风洞还包括与试验段30的出流端相连的排气系统40，排气系统40用于对由第一气流和第二气流混合形成的混合气流进行减速降噪处理，以使混合气流排放至大气中。通过设置排气系统40，对混合气流进行减速降噪处理，以使混合气流能够直接排放至大气中，从而简化整个混合层风洞的结构，降低试验成本。

本发明实施例中，如图1所示，排气系统40包括与试验段30的出流端相连的排气管道41，排气管道41用于对混合气流进行减速增压，排气管道41的出流端连接有用于对混合气流进行降噪的消音舱42，消音舱42的出流端与大气连通。

本发明具体实施例中，再结合图2所示，排气管道41包括与试验段30相连的第二扩张段411、与第二扩张段411的出流端相连的排气段412，排气段412的出流端连接消音舱42。第二扩张段411内腔的截面尺寸在气流流动方向上逐渐增大，以使混合气流减速增压向外排出。排气段412内腔的截面尺寸在气流流动方向上保持不变。

可选地，如图1和图2所示，稳定段20内设有沿气流流动方向延伸的分隔板50，分隔板50用于把稳定段20的内腔分隔为两个独立的用于分别输送第一气流和第二气流的分隔腔，两个分隔腔的进流端分别与第一气流引入装置11和第二气流引入装置12连通，两个分隔腔的出流端同时与试验段30连通。通过分隔板50将温度不同的两股气流完全隔开，使两者之间不传递能量。或者稳定段20包括两根平行设置且结构相同的稳定管，两根稳定管的进流端分别与第一气流引入装置11和第二气流引入装置12连通，两根稳定管的出流端同时与试验段30连通。设置两根稳定管以用于分别对第一气流和第二气流进行整流和输送，也是将温度不同的两股气流完全隔开，使两者之间不传递能量。

优选地，两个分隔腔或者两根稳定管中各设有用于对气流进行降噪和整流的蜂窝器和多层阻尼网，多层阻尼网沿气流流动方向依次设置。本发明具体实施例中，蜂窝器和阻尼网均为市场上现售的。

可选地，如图1和图2所示，稳定段20包括与引流系统10相连的水平段21、与水平段21的出流口相连的收缩段22，收缩段22的出流端连接试验段30。水平段21内腔的截面尺寸在气流流动方向上保持不变。蜂窝器和阻尼网均设置于水平段21中。收缩段22内腔的截面尺寸在气流流动方向上逐渐缩小，以使气流加速后进入试验段30。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种亚声速混合层风洞，其特征在于，包括：

引流系统(10)，用于引入两股温度和速度均不相同的第一气流和第二气流；

稳定段(20)，连接于所述引流系统(10)的出流端，用于对所述第一气流和所述第二气流分别进行整流和输送；以及

试验段(30)，连接于所述稳定段(20)的出流端，用于供所述第一气流和所述第二气流进行剪切混合，所述试验段(30)中设有供光学非接触测试技术实施的光学观察窗口；

所述引流系统(10)包括用于引入所述第一气流的第一气流引入装置(11)、用于引入所述第二气流的第二气流引入装置(12)，所述第一气流引入装置(11)和所述第二气流引入装置(12)均包括：用于根据实验需求供给相应速度气流的气源(101)、与所述气源(101)相连的用于输送气流的气流输送管(102)，所述气流输送管(102)的输出端与所述稳定段(20)相连，所述第一气流引入装置(11)和/或所述第二气流引入装置(12)的所述气流输送管(102)的管路中连接有用于加热气流以使两根所述气流输送管(102)中气流的温度不同的气体加热器(103)；

所述稳定段(20)包括与所述引流系统(10)相连的水平段(21)、与所述水平段(21)的出流口相连的收缩段(22)，所述收缩段(22)的出流端连接所述试验段(30)；所述水平段(21)内腔的截面尺寸在气流流动方向上保持不变；所述收缩段(22)内腔的截面尺寸在气流流动方向上逐渐缩小。

2.根据权利要求1所述的亚声速混合层风洞，其特征在于，

两根所述气流输送管(102)均包括与所述气源(101)相连的平直段(1021)、与所述平直段(1021)的出流端相连的第一扩张段(1022)，所述第一扩张段(1022)的出流端与所述稳定段(20)相连；

所述平直段(1021)内腔的截面尺寸在气流流动方向上保持不变；

所述第一扩张段(1022)内腔的截面尺寸在气流流动方向上逐渐增大，以使气流由所述气流输送管(102)均匀过渡至所述稳定段(20)中。

3.根据权利要求1所述的亚声速混合层风洞，其特征在于，

所述试验段(30)呈长方体状，包括呈长方体状的安装框架(31)，所述安装框架(31)的一端与所述稳定段(20)相连，所述安装框架(31)的四个侧面上各安装有一块光学玻璃(32)。

4.根据权利要求3所述的亚声速混合层风洞，其特征在于，

所述安装框架(31)由呈长方体状的两个空心框架构成，两个所述空心框架首尾相接，且其中一个所述空心框架的端部与所述稳定段(20)相连，两个所述空心框架的八个侧壁上各设有一块所述光学玻璃(32)。

5.根据权利要求1所述的亚声速混合层风洞，其特征在于，

所述亚声速混合层风洞还包括与所述试验段(30)的出流端相连的排气系统(40)，所述排气系统(40)用于对由所述第一气流和所述第二气流混合形成的混合气流进行减速降噪处理，以使所述混合气流排放至大气中。

6.根据权利要求5所述的亚声速混合层风洞，其特征在于，

所述排气系统(40)包括与所述试验段(30)的出流端相连的排气管道(41)，所述排气管道(41)用于对所述混合气流进行减速增压，所述排气管道(41)的出流端连接有用于对所述混合气流进行降噪的消音舱(42)，所述消音舱(42)的出流端与大气连通。

7.根据权利要求6所述的亚声速混合层风洞，其特征在于，

所述排气管道(41)包括与所述试验段(30)相连的第二扩张段(411)、与所述第二扩张段(411)的出流端相连的排气段(412)，所述排气段(412)的出流端连接所述消音舱(42)；

所述第二扩张段(411)内腔的截面尺寸在气流流动方向上逐渐增大；

所述排气段(412)内腔的截面尺寸在气流流动方向上保持不变。

8.根据权利要求1所述的亚声速混合层风洞，其特征在于，

所述稳定段(20)内设有沿气流流动方向延伸的分隔板(50)，所述分隔板(50)用于把所述稳定段(20)的内腔分隔为两个独立的用于分别输送所述第一气流和所述第二气流的分隔腔，两个所述分隔腔的进流端分别与所述第一气流引入装置(11)和所述第二气流引入装置(12)连通，两个所述分隔腔的出流端同时与所述试验段(30)连通；或者

所述稳定段(20)包括两根平行设置且结构相同的稳定管，两根所述稳定管的进流端分别与所述第一气流引入装置(11)和所述第二气流引入装置(12)连通，两根所述稳定管的出流端同时与所述试验段(30)连通。

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