CN112945510B - 一种降低高超声速风洞启动冲击的总压快速调控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低高超声速风洞启动冲击的总压快速调控方法。该方法针对高超声速风洞常规启动方法冲击较大，模型及安装在模型内部的测力天平容易受损的问题，通过适当降低启动总压，并在启动后进行大流量快速拉升的方法，实现低启动冲击的风洞的总压控制。该方法可以减小风洞流场建立时对试验模型的冲击，降低对模型和测力天平的强度要求，满足某些特殊试验的需求。

Description

一种降低高超声速风洞启动冲击的总压快速调控方法
技术领域
本发明属于高超声速风洞控制与试验领域，具体涉及一种降低高超声速风洞启动冲击的总压快速调控方法。
背景技术
总压（喷管前稳定段的压力）是高超声速风洞试验中最重要的控制参数之一，且控制精度一般要求优于1%。风洞运行时间一般为数十秒，为了快速建立流场，高超声速风洞启动时，一般向加热器充较多的气体，根据总压直接设定调节阀初始开度与加热器预充压力，开启热阀和快速阀，气源储罐的气体向下游流过调节阀及其后面的工艺管道，再经过喷管，在喷管出口建立流场，开展试验。
但流场建立的瞬间，对被测试模型的冲击很大，容易使模型及内部的天平受损，在某些特殊试验中难以满足试验要求。启动冲击和流场建立开始时较短的一段时间的总压有较大关系，成单调递增关系，为了减小冲击，可适当降低启动时的总压，而风洞运行时间有限，在启动后又需要快速上升到期望的总压并保持平稳。为此，亟需发展一种降低高超声速风洞启动冲击的总压快速调控方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种降低高超声速风洞启动冲击的总压快速调控方法。
高超声速风洞包括从前至后顺序连接的气源储罐、气源压力表、快速阀、调节阀、阀后压力表、加热器、热阀、稳定段、总压表和喷管出口，本发明的降低高超声速风洞启动冲击的总压快速调控方法包括以下步骤：
步骤1：根据试验需要，设定稳定段的总压表的目标总压；
步骤2：根据高超声速风洞启动时的最低总压，设定总压表的最初总压，并向加热器预先充装压力低于常规控制方式压力的气体；再依据气源储罐的气源压力表的数值，将调节阀设定到初始开度；
步骤3：开启热阀，利用加热器中的气体向稳定段充装气体，当总压表的数值和喷管出口的压力值达到所需的压力比时，高超声速风洞启动，高超声速流场建立；
步骤4：延迟t1时间，开启快速阀，气源储罐中的气体，经由调节阀向加热器补充；
步骤5：延迟t2时间或者高超声速流场建立并持续t3时间后，快速增大调节阀的开度，以迅速提升阀后压力表的压力及稳定段的总压表的压力；
步骤6：延迟t4时间或者总压表的数值接近目标总压时，快速降低调节阀的开度，再延迟t5时间后，将调节阀转入自动调节过程，调节阀根据当前的总压表的数值和设定总压自动调节开度，维持总压表的数值稳定；
步骤7：高超声速风洞运行时间到，关闭快速阀和热阀，试验结束。
本发明的降低高超声速风洞启动冲击的总压快速调控方法，可以减小风洞流场建立时对试验模型的冲击，降低对模型和测力天平的强度要求，满足某些特殊试验的要求。
附图说明
图1为应用本发明的降低高超声速风洞启动冲击的总压快速调控方法的高超声速风洞的结构示意图。
图中，1.气源储罐 2.气源压力表 3.快速阀 4.调节阀 5.阀后压力表 6.加热器 7.热阀 8.稳定段 9.总压表 10.喷管出口。
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所示，高超声速风洞包括从前至后顺序连接的气源储罐1、气源压力表2、快速阀3、调节阀4、阀后压力表5、加热器6、热阀7、稳定段8、总压表9和喷管出口10，本发明的降低高超声速风洞启动冲击的总压快速调控方法包括以下步骤：
步骤1：根据试验需要，设定稳定段8的总压表9的目标总压；
步骤2：根据高超声速风洞启动时的最低总压，设定总压表9的最初总压，并向加热器6预先充装压力低于常规控制方式压力的气体；再依据气源储罐1的气源压力表2的数值，将调节阀4设定到初始开度；
步骤3：开启热阀7，利用加热器6中的气体向稳定段8充装气体，当总压表9的数值和喷管出口10的压力值达到所需的压力比时，高超声速风洞启动，高超声速流场建立；
步骤4：延迟t1时间，开启快速阀3，气源储罐1中的气体，经由调节阀4向加热器6补充；
步骤5：延迟t2时间或者高超声速流场建立并持续t3时间后，快速增大调节阀4的开度，以迅速提升阀后压力表5的压力及稳定段8的总压表9的压力；
步骤6：延迟t4时间或者总压表9的数值接近目标总压时，快速降低调节阀4的开度，再延迟t5时间后，将调节阀4转入自动调节过程，调节阀4根据当前的总压表9的数值和设定总压自动调节开度，维持总压表9的数值稳定；
步骤7：高超声速风洞运行时间到，关闭快速阀3和热阀7，试验结束。
本实施例不以任何形式限制本发明，凡采取等同替换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
实施例1
步骤1：根据试验需要，设定总压表9的目标总压为1.00MPa。
步骤2：根据高超声速风洞启动时的最低总压，向加热器6预先充装0.80MPa压力低于常规控制方式压力的气体；并依据气源储罐1的气源压力表2的数值，将调节阀4的开度设置到15.0%。
步骤3：开启热阀7，利用加热器6中的气体向稳定段8充装气体，当总压表9的数值达到约0.60MPa时，高超声速风洞启动，建立高超声速流场。
步骤4：延迟0.5秒后，开启快速阀3，气源储罐1中的气体，经由调节阀4向加热器6补充。
步骤5：延迟4秒后，快速增大调节阀4的开度到50%，以迅速提升阀后压力表5的压力及稳定段8的总压表9的数值。
步骤6：当总压表9的数值为0.95MPa（接近目标总压1.00MPa）时，将调节阀4的开度快速降低到16.2%，再延迟0.5秒后（等待调节阀4及气流响应，此时总压大约为1.00MPa），将调节阀4转入自动调节过程，调节阀4根据当前的总压表9的总压和设定的目标总压1.00MPa对调节阀4的开度进行自动调节，维持总压表9的总压在1.00MPa左右。
步骤7：风洞运行时间到，关闭快速阀3和热阀7，风洞试验结束。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，在不脱离本发明原理的前提下，可容易地实现另外的改进和润饰，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (1)

1.一种降低高超声速风洞启动冲击的总压快速调控方法，高超声速风洞包括从前至后顺序连接的气源储罐（1）、气源压力表（2）、快速阀（3）、调节阀（4）、阀后压力表（5）、加热器（6）、热阀（7）、稳定段（8）、总压表（9）和喷管出口（10），其特征在于，减小风洞流场建立时对试验模型的冲击，降低对模型和测力天平的强度要求，包括以下步骤：
步骤1：根据试验需要，设定稳定段（8）的总压表（9）的目标总压；
步骤2：根据高超声速风洞启动时的最低总压，设定总压表（9）的最初总压，并向加热器（6）预先充装压力低于常规控制方式压力的气体；再依据气源储罐（1）的气源压力表（2）的数值，将调节阀（4）设定到初始开度；
步骤3：开启热阀（7），利用加热器（6）中的气体向稳定段（8）充装气体，当总压表（9）的数值和喷管出口（10）的压力值达到所需的压力比时，高超声速风洞启动，高超声速流场建立；
步骤4：延迟t1时间，开启快速阀（3），气源储罐（1）中的气体，经由调节阀（4）向加热器（6）补充；
步骤5：延迟t2时间或者高超声速流场建立并持续t3时间后，快速增大调节阀（4）的开度，以迅速提升阀后压力表（5）的压力及稳定段（8）的总压表（9）的压力；
步骤6：延迟t4时间或者总压表（9）的数值接近目标总压时，快速降低调节阀（4）的开度，再延迟t5时间后，将调节阀（4）转入自动调节过程，调节阀（4）根据当前的总压表（9）的数值和设定总压自动调节开度，维持总压表（9）的数值稳定；
步骤7：高超声速风洞运行时间到，关闭快速阀（3）和热阀（7），试验结束。
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