CN112945500A - 一种跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量装置及方法，所述装置包括：轴向探测管、平板组件和半球壳体组件；当进行平板模型堵塞效应模拟时，将所述平板组件安装在轴向探测管上，所述平板组件包括一组等宽度的平板单元，通过对称的增加或拆除平板单元，实现不同堵塞度的模拟；当进行半球壳体模型堵塞效应模拟时，将所述半球壳体组件安装在轴向探测管上，所述半球壳体组件采用套筒型，包括不同直径的半球壳体，通过增加或拆除不同直径的半球壳体，实现不同堵塞度的模拟。本发明的方法相对于传统仅能获得空风洞的流场校测结果，可以对不同堵塞度模型影响下的流场品质进行校测，获得的试验结果可以对型号试验模型堵塞度对试验数据的影响进行修正。

Description

一种跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量装置及方法
技术领域
本发明涉及实验空气动力学领域，尤其涉及一种跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量装置及方法。
背景技术
风洞试验是校核和评估飞行器气动特性的重要手段，风洞的流场品质直接影响试验数据的准确性，进而影响到型号研制的质量和进度。
为确保风洞的流场品质，必须定期进行流场校测。目前对亚、跨声速风洞速度场的校测主要采用轴向探测管测量试验段中心线(核心流)上的静压分布，根据此静压测值与试验段总压的关系计算出核心流上的马赫数分布。由于轴向探测管横截面积与风洞试验段横截面积相比较小(一般0.3％左右)，该校测结果定义为空风洞的流场品质。
在进行风洞试验时，为确保洞壁对绕试验模型的流动干扰小，保证来流马赫数与空风洞校测结果一致，模型试验需要对模型的最大堵塞度进行限制。国内高速风洞模型设计规范(GJB-569-88)规定在亚、跨声速范围，模型的最大堵塞度一般不应超过0.01。然而，在实际模型试验时，为满足试验模型局部真实性、测量装置的空间布置等不同要求，有些模型的最大堵塞度很难保证在0.01以下，有些特种试验模型堵塞度甚至达到0.05以上。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量装置及方法。
为了实现上述目的，本发明提出了一种跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量装置，所述装置包括：轴向探测管、平板组件和半球壳体组件；
当进行平板模型堵塞效应模拟时，将所述平板组件安装在轴向探测管上，所述平板组件包括一组等宽度的平板单元，通过对称的增加或拆除平板单元，实现不同堵塞度的模拟；
当进行半球壳体模型堵塞效应模拟时，将所述半球壳体组件安装在轴向探测管上，所述半球壳体组件采用套筒型，包括不同直径的半球壳体，通过增加或拆除不同直径的半球壳体，实现不同堵塞度的模拟。
作为上述装置的一种改进，所述轴向探测管直径小于
Figure BDA0002929448070000021
其中A为风洞试验段截面积。
作为上述装置的一种改进，所述平板单元的迎风面积与风洞试验段截面积的比大于0.005并且小于0.05。
作为上述装置的一种改进，所述平板组件包括迎风角度构型，用于实现平板组件与轴向探测管具有不同的夹角。
作为上述装置的一种改进，所述平板组件通过在轴向探测管上的水平移动，实现不同位置的堵塞度模拟。
作为上述装置的一种改进，所述半球壳体直径大于
Figure BDA0002929448070000022
并且小于
Figure BDA0002929448070000023
作为上述装置的一种改进，所述半球壳体组件通过在轴向探测管上的水平移动，实现不同位置的堵塞度模拟。
一种跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量方法，根据上述的装置实现，所述方法包括：
步骤1)将所述装置安装在风洞试验段；
步骤2)采用所述装置的轴向探测管测量试验段中心线上第i点的静压值pi，静压值pi、驻室总压P0与第i点的马赫数Mi满足下式：
Figure BDA0002929448070000024
由此得到Mi；
步骤3)调整所述装置的平板组件或半球壳体组件在轴向探测管上的位置，实现不同位置的堵塞度模拟，转至步骤2)；当轴向探测管上的各位置都测量完毕，转至步骤4)；
步骤4)由平板组件或半球壳体组件在轴向探测管上不同位置对应的马赫数，得到不同堵塞度影响下的试验段中心线马赫数分布。
作为上述方法的一种改进，所述方法还包括：
当进行平板模型堵塞效应模拟时，将所述平板组件安装在轴向探测管上，通过对称的增加或拆除平板单元，实现不同堵塞度的模拟；
当进行半球壳体模型堵塞效应模拟时，将所述半球壳体组件安装在轴向探测管上，通过增加或拆除不同直径的半球壳体，实现不同堵塞度的模拟。
作为上述方法的一种改进，所述方法还包括：调整平板组件的迎风角度。与现有技术相比，本发明的优势在于：
本发明的跨声速风洞堵塞度影响模拟与测量方法相对于传统仅能获得空风洞的流场校测结果，可以对不同堵塞度模型影响下的流场品质进行校测，获得的试验结果可以对型号试验模型堵塞度对试验数据的影响进行修正。
附图说明
图1(a)是本发明的实施例1由等宽度平板组成的平板组件正视图；
图1(b)是本发明的实施例1由等宽度平板组成的平板组件俯视图；
图2是本发明的实施例1在轴向探测管不同位置上安装平板组件示意图；
图3是本发明的实施例1在轴向探测管安装迎风角度为θ的平板组件示意图；
图4是本发明的实施例2在轴向探测管上安装不同直径半球壳体组件示意图；
图5是本发明的实施例3的安装有平板组件的轴向探测管与风洞中的中部支架固联整体示意图。
附图标记
1、轴向探测管 2、测压孔 3、定位销孔
4、平板组件 5、定位锥销 6、平板单元
7、半球壳体组件 8、挡板 9、弯刀机构
10、喷管段 11、试验段
具体实施方式
为研究不同堵塞度下不同类型模型产生的堵塞效应及其对风洞试验段速度场的影响，本发明提供了一种模拟和测量堵塞度影响的方法。利用该方法可以获取不同类型试验模型在不同堵塞度下，试验段中心线的马赫数分布以及驻室参考点马赫数变化情况，得到更加真实可靠的来流马赫数标定值。
本发明采用的技术方案为：
1、采用半球壳体组件和平板组件两类构型对模型在风洞中的堵塞效应进行模拟；
2、半球壳体组件采用套筒型，由不同直径的半球壳体组合而成，通过不同直径半球壳体的组拆实现不同的模型堵塞度模拟；
3、平板组件由一组等宽度的平板单元构成，通过增加或拆除左、右平板单元，对堵塞度进行模拟。平板组件包括迎风角度构型；
4、将半球壳体组件或平板组件安装在常规轴向探测管上，通过轴向探测管对风洞流场进行测量；
5、通过改变半球壳体或平板在轴向探测管的前后位置，进行不同堵塞度模型位置影响试验。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。
实施例1
如图1(a)、(b)所示，本发明的实施例1提供了一种跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量装置。通过平板组件实现对典型模型在风洞中堵塞效应的模拟；平板组件包括迎风角度构型，实现平板组件具有可变的迎风角度；
平板组件4由一组等宽度的平板单元6构成，通过增加或拆除左、右平板单元，对堵塞度进行模拟；
将不同迎风面积平板单元6固定在轴向探测管1顺气流方向的定位销孔3上，由定位锥销5进行固定，移动平板组件4在轴向探测管1的位置，实现不同位置的影响模拟；采用轴向探测管1的测压孔2对风洞流场进行测量。
轴向探测管直径小于
Figure BDA0002929448070000041
(A为风洞试验段截面积)。
平板的迎风面积与风洞试验段截面积的比大于0.005，小于0.05。
如图2所示，将平板安装在轴向探测管尾部，通过如图1所示左右对称平板模块的组拆对平板的堵塞度进行调节，实现不同堵塞度影响的模拟；通过改变平板在轴向探测管上的位置实现不同堵塞度模型在不同位置的影响模拟。
如图3所示，将迎风角度为θ的平板安装在轴向探测管上，通过如图1所示左右对称平板的组拆对平板的堵塞度进行调节，实现不同堵塞度影响的模拟；通过改变平板组件在轴向探测管上的位置实现不同堵塞度模型在不同位置的影响模拟。
实施例2
如图4所示，本发明的实施例2提供了一种跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量装置。通过半球壳体实现对典型模型在风洞中堵塞效应的模拟；
半球壳体组件7采用套筒型，由不同直径的半球壳体组合而成，通过不同直径半球壳体的组拆实现不同的模型堵塞度模拟；
将不同迎风面积半球壳体固定在轴向探测管1顺气流方向的定位销孔3上，由过定位锥销5进行固定，移动半球壳体组件7在轴向探测管1的位置，实现不同位置的影响模拟；采用轴向探测管1的测压孔2对风洞流场进行测量；图中8为挡板；
轴向探测管直径小于
Figure BDA0002929448070000042
(A为风洞试验段截面积)。
半球壳体直径大于
Figure BDA0002929448070000043
小于
Figure BDA0002929448070000044
将半球壳体安装在轴向探测管尾部，类似于实施例1，通过更换不同直径和在轴向探测管上的位置实现不同堵塞度半球壳体模型以及位置影响下的堵塞效应模拟。
实施例3
本发明的实施例3提出了一种跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量方法。如图5所示，将轴向探测管1与风洞中的中部支架固联，进行堵塞度为ε1的风洞试验段速度场测量，ε1为平板截面积与风洞试验段截面积的比。图5中的9为弯刀机构，10为风洞喷管段，11为风洞的试验段。也可以采用实施例2的半球壳体组件。
利用该方法可以在流场校测的同时，研究不同类型典型试验模型在不同堵塞度情况下，对试验段中心线马赫数分布以及驻室参考点马赫数变化的影响。
具体步骤包括：
步骤1)将所述装置安装在风洞试验段；
步骤2)采用所述装置的轴向探测管测量试验段中心线上第i点的静压值pi，静压值pi、驻室总压P0与第i点的马赫数Mi满足下式：
Figure BDA0002929448070000051
由此得到Mi；
步骤3)调整所述装置的平板组件或半球壳体组件在轴向探测管上的位置，实现不同位置的堵塞度模拟，转至步骤2)；当轴向探测管上的各位置都测量完毕，转至步骤4)；
步骤4)由平板组件或半球壳体组件在轴向探测管上不同位置对应的马赫数，得到不同堵塞度影响下的试验段中心线马赫数分布。
此外，当进行平板模型堵塞效应模拟时，将所述平板组件安装在轴向探测管上，通过对称的增加或拆除平板单元，实现不同堵塞度的模拟；
当进行半球壳体模型堵塞效应模拟时，将所述半球壳体组件安装在轴向探测管上，通过增加或拆除不同直径的半球壳体，实现不同堵塞度的模拟。
此外，还可以调整平板组件的迎风角度。
其他测量、计算步骤同步骤2)。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量装置，其特征在于，所述装置包括：轴向探测管、平板组件和半球壳体组件；
当进行平板模型堵塞效应模拟时，将所述平板组件安装在轴向探测管上，所述平板组件包括一组等宽度的平板单元，通过对称的增加或拆除平板单元，实现不同堵塞度的模拟；
当进行半球壳体模型堵塞效应模拟时，将所述半球壳体组件安装在轴向探测管上，所述半球壳体组件采用套筒型，包括不同直径的半球壳体，通过增加或拆除不同直径的半球壳体，实现不同堵塞度的模拟。
2.根据权利要求1所述的跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量装置，其特征在于，所述轴向探测管直径小于
Figure FDA0002929448060000011
其中A为风洞试验段截面积。
3.根据权利要求2所述的跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量装置，其特征在于，所述平板单元的迎风面积与风洞试验段截面积的比大于0.005并且小于0.05。
4.根据权利要求3所述的跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量装置，其特征在于，所述平板组件包括迎风角度构型，用于实现平板组件与轴向探测管具有不同的夹角。
5.根据权利要求3所述的跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量装置，其特征在于，所述平板组件通过在轴向探测管上的水平移动，实现不同位置的堵塞度模拟。
6.根据权利要求2所述的跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量装置，其特征在于，所述半球壳体直径大于
Figure FDA0002929448060000012
并且小于
Figure FDA0002929448060000013
7.根据权利要求6所述的跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量装置，其特征在于，所述半球壳体组件通过在轴向探测管上的水平移动，实现不同位置的堵塞度模拟。
8.一种跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量方法，根据权利要求1-7之一的所述装置实现，所述方法包括：
步骤1)将所述装置安装在风洞试验段；
步骤2)采用所述装置的轴向探测管测量试验段中心线上第i点的静压值pi，静压值pi、驻室总压P0与第i点的马赫数Mi满足下式：
Figure FDA0002929448060000014
由此得到Mi；
步骤3)调整所述装置的平板组件或半球壳体组件在轴向探测管上的位置，实现不同位置的堵塞度模拟，转至步骤2)；当轴向探测管上的各位置都测量完毕，转至步骤4)；
步骤4)由平板组件或半球壳体组件在轴向探测管上不同位置对应的马赫数，得到不同堵塞度影响下的试验段中心线马赫数分布。
9.根据权利要求8所述的跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量方法，其特征在于，所述方法还包括：
当进行平板模型堵塞效应模拟时，将所述平板组件安装在轴向探测管上，通过对称的增加或拆除平板单元，实现不同堵塞度的模拟；
当进行半球壳体模型堵塞效应模拟时，将所述半球壳体组件安装在轴向探测管上，通过增加或拆除不同直径的半球壳体，实现不同堵塞度的模拟。
10.根据权利要求9所述的跨声速风洞堵塞度影响的模拟测量方法，其特征在于，所述方法还包括：调整平板组件的迎风角度。
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