CN112556970A - 一种变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法。该过渡型面解算方法分别采用三次曲线、双三次曲线、五次曲线设计过渡型面；通过计算机数值模拟，分别得到三次曲线、双三次曲线和五次曲线的过渡型面的长方形截面试验段入口的速度分布云图，评估试验段流场是否满足高速风洞试验要求，排除不符合要求的曲线，保留符合要求的曲线；将符合要求的曲线进行加工工艺评估，确定三次曲线为过渡型面的型线。该过渡型面解算方法适用于改造现有高速风洞，拓展现有高速风洞的试验领域，具有较强的适应性和较高的应用价值。
Description
技术领域
本发明属于风洞试验技术领域，具体涉及一种变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法。
背景技术
风洞是以人工的方式产生并控制气流的地面管道状设备，主要供航空航天飞行器模型在不同姿态或不同流动条件下的气动性能研究使用。在高速风洞中，风洞试验段是开展各类试验、为不同种类的试验提供气动力测量、压力分布测量的基础平台。由于试验种类繁多、试验目的不同，单一的风洞试验段并不能完成所有项目的试验任务，因此，针对特定的试验内容和项目，需要建设相应的风洞试验段，以满足特定试验的需求。
随着武器内埋技术的出现，研究人员发现，在内埋武器投放和发射时，内埋武器与舱门之间具有强烈的气动干扰问题，需要通过高速风洞内埋试验测试舱门打开过程中舱门的动态载荷、结构响应和振动特性，为舱门的结构设计提供技术支撑。但是，现有的风洞试验段是正方形截面试验段，受宽度的限制不能进行类似试验，因此，需要设计加工长方形截面试验段，和正方形截面试验段更替使用。
长方形截面试验段的入口尺寸与正方形截面试验段的正方形入口尺寸相同，在正方形截面试验段的长度下经型面过渡至长方形截面风洞试验段，再经对称型面过渡至与正方形截面试验段的出口尺寸相同的出口尺寸。由于长方形截面试验段将试验区域后移，并且经过两次型面过渡，可能会导致风洞试验段的流场特性发生较大改变。为了确保长方形截面试验段流场能够满足高速风洞流场技术指标，亟需发展一种变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法。
本发明的变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法，其特点是，所述的过渡型面解算方法适用于在正方形截面试验段长度尺寸下，将正方形截面试验段改造成与正方形截面试验段同轴的左右对称的长方形截面试验段，长方形截面试验段包括从前至后顺序连接的前过渡段、试验段和后过渡段，前过渡段的前端连接高速风洞的喷管段，后过渡段连接高速风洞的栅指段，过渡型面解算方法包括以下步骤：
a.确定长方形截面试验段的长L1、W、高H；
b.确定前过渡段型面高y、顺流向距前过渡段入口截面距离x、前过渡段入口截面半高y1、前过渡段出口截面半高y2、前过渡段出口角度α、前过渡段型面长度L；
c.分别采用三次曲线、双三次曲线、五次曲线设计过渡型面；
d.通过计算机数值模拟，分别得到三次曲线、双三次曲线和五次曲线的过渡型面的长方形截面试验段入口的速度分布云图，评估长方形截面试验段流场是否满足高速风洞试验要求，排除不符合要求的曲线，保留符合要求的曲线；
e.将符合要求的曲线进行加工工艺评估，确定三次曲线为过渡型面的型线，公式如下：
进一步地，所述的长方形截面试验段的前过渡段、试验段和后过渡段焊接连接，内壁平滑过渡。
进一步地，所述的长方形截面试验段的前过渡段设置有与高速风洞的喷管段连接的接口Ⅰ，接口Ⅰ与正方形截面试验段的对应接口相同；长方形截面试验段的后过渡段设置有与高速风洞的栅指段连接的接口Ⅱ，接口Ⅱ与正方形截面试验段的对应接口相同。
进一步地，所述的长方形截面试验段安装在具有驱动机构的车架上；长方形截面试验段备用时，车架放置在与高速风洞轴线平行的轨道上；长方形截面试验段试验时，驱动机构驱动车架沿平行的轨道走行至与高速风洞试验段安装位置平行的位置，长方形截面试验段保持不动，车架90°转向进入与高速风洞轴线垂直的轨道上，驱动机构继续驱动车架将长方形截面试验段沿竖直的轨道走行至高速风洞试验段安装位置，再将长方形截面试验段的前过渡段的前端通过销钉和螺钉定位连接在高速风洞的喷管段上、后过渡段的后端通过销钉和螺钉定位连接高速风洞的栅指段上，完成长方形截面试验段安装。
进一步地，所述的长方形截面试验段的外部设置有保护框架，保护框架上设置有爬梯。
按照本发明的变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法设计加工的长方形截面试验段具有以下优点：
1.长方形截面试验段设计方法简单，加工便捷，结构牢固，更换方便，使用寿命长。
2.长方形截面试验段的前过渡段和后过渡段的四壁均采用相同型线的型面过渡，流场均匀，核心试验区流场符合高速风洞流场指标要求。
3.长方形截面试验段突破了正方形截面试验段宽度不足的限制，拓展了高速风洞试验段工作空间局域范围，提升了高速风洞试验能力。
本发明的变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法通过型面过渡以及试验区域后移满足了高速风洞内埋武器投放试验需要的长方形截面试验段需求，而且长方形截面试验段与正方形截面试验段接口相同，能够与正方形截面试验段更替使用，不需要高速风洞进行其他改造，具有成本低廉、方法可靠、实用性强的优点。
本发明的变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法适用于改造现有高速风洞，拓展现有高速风洞的试验领域，具有较强的适应性和较高的应用价值。
附图说明
图1为采用本发明的变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法设计加工的长方形截面试验段的结构示意图(主视图)；
图2为采用本发明的变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法设计加工的长方形截面试验段的结构示意图(俯视图)；
图3为采用本发明的变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法获得的型面曲线；
图4为不同型面曲线的长方形截面试验段入口速度分布云图。
图中，1.前过渡段 2.试验段 3.后过渡段 4.栅指段。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
如图1、图2所示，本发明的变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法适用于在正方形截面试验段长度尺寸下，将正方形截面试验段改造成与正方形截面试验段同轴的左右对称的长方形截面试验段，长方形截面试验段包括从前至后顺序连接的前过渡段1、试验段2和后过渡段3，前过渡段1的前端连接高速风洞的喷管段，后过渡段3连接高速风洞的栅指段4，过渡型面解算方法包括以下步骤：
a.确定长方形截面试验段的长L1、W、高H；
b.确定前过渡段型面高y、顺流向距前过渡段入口截面距离x、前过渡段入口截面半高y1、前过渡段出口截面半高y2、前过渡段出口角度α、前过渡段型面长度L；
c.分别采用三次曲线、双三次曲线、五次曲线设计过渡型面；
d.通过计算机数值模拟，分别得到三次曲线、双三次曲线和五次曲线的过渡型面的长方形截面试验段入口的速度分布云图，评估长方形截面试验段流场是否满足高速风洞试验要求，排除不符合要求的曲线，保留符合要求的曲线；
e.将符合要求的曲线进行加工工艺评估，确定三次曲线为过渡型面的型线，公式如下：
进一步地，所述的长方形截面试验段的前过渡段1、试验段2和后过渡段3焊接连接，内壁平滑过渡。
进一步地，所述的长方形截面试验段的前过渡段1设置有与高速风洞的喷管段连接的接口Ⅰ，接口Ⅰ与正方形截面试验段的对应接口相同；长方形截面试验段的后过渡段3设置有与高速风洞的栅指段4连接的接口Ⅱ，接口Ⅱ与正方形截面试验段的对应接口相同。
进一步地，所述的长方形截面试验段安装在具有驱动机构的车架上；长方形截面试验段备用时，车架放置在与高速风洞轴线平行的轨道上；长方形截面试验段试验时，驱动机构驱动车架沿平行的轨道走行至与高速风洞试验段安装位置平行的位置，长方形截面试验段保持不动，车架90°转向进入与高速风洞轴线垂直的轨道上，驱动机构继续驱动车架将长方形截面试验段沿竖直的轨道走行至高速风洞试验段安装位置，再将长方形截面试验段的前过渡段1的前端通过销钉和螺钉定位连接在高速风洞的喷管段上、后过渡段3的后端通过销钉和螺钉定位连接高速风洞的栅指段4上，完成长方形截面试验段安装。
进一步地，所述的长方形截面试验段的外部设置有保护框架，保护框架上设置有爬梯。
实施例1
本实施例的长方形截面试验段应用于2.4米×2.4米跨声速风洞，需要将2.4米×2.4米的正方形入口尺寸在2米的长度下经型面过渡至3.0米×1.92米的长方形风洞试验段尺寸，再经对称型面过渡至2.4米×2.4米的开口尺寸，长方形截面试验段将试验区域后移了2米。
按照本发明的变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法分别采用三次曲线、双三次曲线、五次曲线设计过渡型面，获得的型面曲线图见图3，数值模拟获得的不同型面曲线的长方形截面试验段流场的速度分布图见图4。
从图3可以看出，三次曲线、双三次曲线、五次曲线的型面曲线的长方形截面试验段流场的速度分布差异不大，都能够满足高速风洞内埋试验的需求，进行加工工艺评估后，认为三次曲线加工难度低，更容易控制加工精度，决定采用三次曲线作为型面曲线。
跨声速风洞调试结果表明，长方形截面试验段的流场指标达到设计要求，部分达到国军标要求，能够满足内埋试验技术对风洞流场指标的要求。
Claims (5)
1.一种变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法，其特征在于，所述的过渡型面解算方法适用于在正方形截面试验段长度尺寸下，将正方形截面试验段改造成与正方形截面试验段同轴的左右对称的长方形截面试验段，长方形截面试验段包括从前至后顺序连接的前过渡段(1)、试验段(2)和后过渡段(3)，前过渡段(1)的前端连接高速风洞的喷管段，后过渡段(3)连接高速风洞的栅指段(4)，过渡型面解算方法包括以下步骤：
a.确定长方形截面试验段的长L1、宽W、高H；
b.确定前过渡段型面高y、顺流向距前过渡段入口截面距离x、前过渡段入口截面半高y1、前过渡段出口截面半高y2、前过渡段出口角度α、前过渡段型面长度L；
c.分别采用三次曲线、双三次曲线、五次曲线设计过渡型面；
d.通过计算机数值模拟，分别得到三次曲线、双三次曲线和五次曲线的过渡型面的长方形截面试验段入口的速度分布云图，评估长方形截面试验段流场是否满足高速风洞试验要求，排除不符合要求的曲线，保留符合要求的曲线；
e.将符合要求的曲线进行加工工艺评估，确定三次曲线为过渡型面的型线，公式如下：
2.根据权利要求1所述的变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法，其特征在于，所述的长方形截面试验段的前过渡段(1)、试验段(2)和后过渡段(3)焊接连接，内壁平滑过渡。
3.根据权利要求1所述的变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法，其特征在于，所述的长方形截面试验段的前过渡段(1)设置有与高速风洞的喷管段连接的接口Ⅰ，接口Ⅰ与正方形截面试验段的对应接口相同；长方形截面试验段的后过渡段(3)设置有与高速风洞的栅指段(4)连接的接口Ⅱ，接口Ⅱ与正方形截面试验段的对应接口相同。
4.根据权利要求1所述的变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法，其特征在于，所述的长方形截面试验段安装在具有驱动机构的车架上；长方形截面试验段备用时，车架放置在与高速风洞轴线平行的轨道上；长方形截面试验段试验时，驱动机构驱动车架沿平行的轨道走行至与高速风洞试验段安装位置平行的位置，长方形截面试验段保持不动，车架90°转向进入与高速风洞轴线垂直的轨道上，驱动机构继续驱动车架将长方形截面试验段沿竖直的轨道走行至高速风洞试验段安装位置，再将长方形截面试验段的前过渡段(1)的前端通过销钉和螺钉定位连接在高速风洞的喷管段上、后过渡段(3)的后端通过销钉和螺钉定位连接高速风洞的栅指段(4)上，完成长方形截面试验段安装。
5.根据权利要求1所述的变截面形状高速风洞试验段的过渡型面解算方法，其特征在于，所述的长方形截面试验段的外部设置有保护框架，保护框架上设置有爬梯。
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