CN113479343B - 一种用于进气道与测力一体化试验方法 - Google Patents

一种用于进气道与测力一体化试验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于进气道与测力一体化试验方法，能够同时获得进气道参数和通气模型定迎角测力结果，可实现进气道性能和前体对飞行器气动特性影响的同时测量，采用流量计无级调节流量的方法进行通气模型测力试验，通气模型尾喷口和流量控制段之间在缝隙，密封方案采用夹布橡胶软连接进行密封，夹布橡胶软连接对天平测量的影响，通过地面加载校准来实现精确扣除，通过在校准台上对通气管道阶梯充压得到天平阻力元输出随软连接密封内外压差的变化结果，采用二次曲线拟合，获得柔性材料软连接对天平测量的压力影响修正系数，进而修正附加阻力。本发明采用的夹布橡胶软连接密封相比常规波纹管密封具有刚度和灵敏度影响小，地面校准效率高的优点。

Description

一种用于进气道与测力一体化试验方法
技术领域
本发明涉及航空气动力风洞试验技术领域，具体涉及一种用于进气道与测力一体化试验方法。
背景技术
高超声速飞行器采用内/外流一体化、变几何的布局设计，推进系统涉及模态转换，导致流场具有高度非定常的特点，需要同时考虑机体外流和进/排气内流呈现出的强干涉，必须对飞行器气动及飞/发一体化推进性能进行评估。常规进气道风洞试验通常只测定进气道在各种工作条件下的节流特性，如总压恢复系数、流量系数、畸变指数等，用于评估进发匹配特性，常规进气道试验还可以研究进气道起动特性，但是无法获得不同节流状态下飞行器部件气动力。常规通气模型测力试验，可以获得进气道通流或特定进气道流量状态下的飞行器全模型气动力，但是无法实现流量的无级精确调节。因此，传统的进气道及气动力风洞试验技术无法同步获得推进系统流量无级可调状态下的气动力，无法对高超声速飞行器不同飞行过程的气动/推进性能做出准确评估，不利于高超声速飞行器的设计研发。
发明内容
基于以上不足之处，本发明提供一种用于进气道与测力一体化试验方法，能够同时获得进气道参数和通气模型定迎角测力结果，可实现进气道性能和前体对飞行器气动特性影响的同时测量。
本发明所采用的技术方案是：一种进气道和前体一体化测力试验方法，试验时采用常规六分量天平，按常规通气模型测力试验方法进行,在模型的测力段和非测力段之间的缝隙采用柔性材料软连接密封，进气道流量调节采用流量计及节流锥实时无级调节，安装在进气道测量段上的总压耙和静压点测量通气管道出口处的总、静压，依据动量定理获得通气模型的内流阻力,模型底部稳压腔内布置测压点测量底部压力，软连接稳压腔内压力由通气管道出口壁面静压点测得，有风载时，内外稳压腔存在压差，会对天平测得的阻力产生干扰，需要予以修正，柔性材料软连接对天平测量的影响，包括软连接附加刚度影响和压力影响,刚度影响校准：由于柔性材料轴向弹性很弱，其刚度对天平轴向力的输出影响近似为0，通过带模型状态天平综合加载来校准验证；压力影响校准：压力影响是柔性材料软连接内外压差对天平零点的影响，通过在校准台上对通气管道阶梯充压得到天平阻力元输出随软连接密封内外压差的变化结果，采用二次曲线拟合，获得柔性材料软连接对天平测量的压力影响修正系数，进而修正附加阻力，
柔性材料软连接附加阻力计算公式：
ΔXq=K1·ΔP2+K2·ΔP+A0 (1)
式中，ΔXq、分别代表柔性材料软连接附加阻力、通气管道出口壁面平均静压、模型底部稳压腔平均压力；K1、K2、A0，代表地面校准得到的柔性材料软连接对天平测量的压力影响二次修正系数、一次修正系数和常数项；
内阻、底部腔压及软连接附加阻力修正公式：
X修=X-ΔXdb-ΔXin+ΔXq (3)
式中，X、ΔXdb、ΔXin，分别代表天平测量的总阻力、模型底部附加阻力和通气模型内流阻力，通过刚度校准和压力影响校准得到的柔性材料软连接对天平测量修正公式需进行模拟试验工况加载验证，分别采用无压天平加载、无载充压和充压加载，获得综合加载误差。
本发明还具有如下技术特征：如上所述的柔性材料为夹布橡胶。
本发明的优点及有益效果：本发明的方法能够实现进气道性能和前体对飞行器气动特性影响的同时测量，同步获得推进系统流量无级可调状态下的气动力，提高了试验效率；对于通气模型试验，采用进气道流量计法可实现流量的无级精确调节。本发明的方法针对高超声速飞行器不同飞行过程的气动/推进性能做出准确评估，有利于高超声速飞行器的设计研发。本发明采用的夹布橡胶软连接密封相比常规波纹管密封具有刚度和灵敏度影响小，地面校准效率高的优点。
附图说明
图1是本发明的试验原理示意图；
图2是本发明的夹布橡胶软连接结构示意图；
图3是本发明的风洞试验流程图。
其中：1、测力段，2、非测力段，3、柔性材料软连接，4、支撑，5、测力天平，6、夹布橡胶，7、进气道出口，8、稳压腔，9、缝隙。
具体实施方式
下面根据说明书附图举例对本发明做进一步说明：
实施例1
如图1-2所示，试验时采用常规六分量天平，按常规通气模型测力试验方法进行,在模型的测力段和非测力段(流量控制段)之间的缝隙采用夹布橡胶软连接密封，进气道流量调节采用流量计及节流锥实时无级调节，安装在进气道测量段上的总压耙和静压点测量通气管道出口处的总、静压，依据动量定理获得通气模型的内流阻力,模型底部稳压腔内布置测压点测量底部压力，软连接稳压腔内压力由通气管道出口壁面静压点测得；有风载时，密封件内外稳压腔存在压差，在确保安装同轴度的前提下，会对天平测得的阻力产生干扰，试验时必须予以修正。夹布橡胶软连接对天平测量的影响，主要包括软连接附加刚度影响和压力影响。刚度影响校准：由于夹布橡胶轴向弹性很弱，其刚度对天平轴向力的输出影响近似为0，通过夹布橡胶与天平组合校准来验证。压力影响校准：夹布橡胶软连接对测力的影响主要是软连接内外压差对天平零点的影响，这是由于通气管道充压时，软连接在轴向投影面积不为零，会对天平产生一个随内外压差ΔP变化的附加载荷。该影响可以通过在校准台上对通气管道阶梯充压得到天平阻力元输出随软连接密封内外压差的变化结果，采用二次曲线拟合，获得夹布橡胶软连接对天平测量的压力影响修正系数，进而修正附加阻力。
夹布橡胶软连接附加阻力计算公式：
ΔXq=K1·ΔP2+K2·ΔP+A0 (1)
式中，ΔXq、分别代表夹布橡胶软连接附加阻力、通气管道出口壁面平均静压、模型底部稳压腔平均压力，ΔP为软连接密封内外压差；K1、K2、A0，代表地面校准得到的夹布橡胶软连接对天平测量的压力影响二次修正系数、一次修正系数和常数项。
内阻、底部腔压及软连接附加阻力修正公式：
X修=X-ΔXdb-ΔXin+ΔXq (3)
式中，X、ΔXdb、ΔXin，分别代表天平测量的总阻力、模型底部附加阻力和通气模型内流阻力。
实施例2
如图1-3所示，一种进气道和前体一体化测力试验，步骤如下：
步骤一：夹布橡胶软连接密封
结构设计如下：采用夹布橡胶进行密封处理，夹布橡胶具有一定的承压能力，能承受内外两个稳压腔之间的压差。夹布橡胶与测力端采用轴向环形压紧，与非测力端采用锥面环形压紧，且夹布橡胶预留一定的余量防止拉紧传力。
软连接部件事先根据间隙量装配好，并用保护罩固定形成集成体。试验前，将软连接集成体装配到通气模型上后，待测力段和非测力段相对位置固定后，再将软连接的保护罩拆除。
步骤二：地面加载校准
夹布橡胶软连接对天平测量的影响，主要包括软连接附加刚度影响和压力影响。该影响修正通过地面加载校准来实现。
附加刚度影响校准
夹布橡胶软连接的各向刚度很小，由于采用的是轴对称结构，其对天平的影响主要是轴向力方向，可以通过带模型状态天平综合加载来校准验证。
压力影响校准
夹布橡胶软连接压力影响主要是软连接内外压差对天平零点的影响，这是由于软连接在轴向上投影面积不为零，会对天平产生一个随软连接密封内外压差变化的附加载荷，由于软连接密封件的加工、安装误差，以及模型受载通气管道弹性位移，除了产生附加轴向力，还会产生附加法向力和俯仰力矩，该影响可以通过给通气管道阶梯充压得到天平零点随软连接密封内外压差的变化曲线，进而修正附加载荷的影响。通气管道充压对天平各元的影响，采用二次曲线法拟合。
加载验证
通过刚度校准和压力影响校准得到的夹布橡胶软连接对天平测量修正公式需进行模拟试验工况加载验证，分别采用无压天平加载、无载充压和充压加载，获得综合加载误差。
步骤三：风洞试验
进气道流量调节采用流量计及节流锥实时无级调节，安装在进气道测量段上的总压耙和静压点测量通气管道出口处的总、静压，依据动量定理获得通气模型的内流阻力。模型底部稳压腔内布置测压点测量底部压力，软连接稳压腔内压力由通气管道出口壁面静压点测得。试验时，确保各部件连接端紧固无相对位移，测力、非测力件的相对位置关系与地面校准状态一致。

Claims (2)

1.一种进气道和前体一体化测力试验方法，试验时采用常规六分量天平，按常规通气模型测力试验方法进行，其特征在于，在模型的测力段和非测力段之间的缝隙采用柔性材料软连接密封，进气道流量调节采用流量计及节流锥实时无级调节，安装在进气道测量段上的总压耙和静压点测量通气管道出口处的总、静压，依据动量定理获得通气模型的内流阻力，模型底部稳压腔内布置测压点测量底部压力，软连接稳压腔内压力由通气管道出口壁面静压点测得，有风载时，内外稳压腔存在压差，会对天平测得的阻力产生干扰，需要予以修正，柔性材料软连接对天平测量的影响，包括软连接附加刚度影响和压力影响，刚度影响校准：由于柔性材料轴向弹性很弱，其刚度对天平轴向力的输出影响近似为0，通过带模型状态天平综合加载来校准验证；压力影响校准：压力影响是柔性材料软连接内外压差对天平零点的影响，通过在校准台上对通气管道阶梯充压得到天平阻力元输出随软连接密封内外压差的变化结果，采用二次曲线拟合，获得柔性材料软连接对天平测量的压力影响修正系数，进而修正附加阻力，
柔性材料软连接附加阻力计算公式：
ΔXq＝K1·ΔP2+K2·ΔP+A0 (1)
式中，ΔXq、分别代表柔性材料软连接附加阻力、通气管道出口壁面平均静压、模型底部稳压腔平均压力，ΔP为软连接密封内外压差；K1、K2、A0，代表地面校准得到的柔性材料软连接对天平测量的压力影响二次修正系数、一次修正系数和常数项；
内阻、底部腔压及软连接附加阻力修正公式：
X修＝X-ΔXdb-ΔXin+ΔXq (3)
式中，X、ΔXdb、ΔXin，分别代表天平测量的总阻力、模型底部附加阻力和通气模型内流阻力，
通过刚度校准和压力影响校准得到的柔性材料软连接对天平测量修正公式需进行模拟试验工况加载验证，分别采用无压天平加载、无载充压和充压加载，获得综合加载误差。
2.根据权利要求1所述的一种进气道和前体一体化测力试验方法，其特征在于：所述的柔性材料为夹布橡胶。
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