CN115752997A - 一种开口直流风洞及喷流噪声试验器 - Google Patents

Abstract

本公开实施例公开了一种开口直流风洞。该开口直流风洞包括：喷流部，所述喷流部包括依次连接的进气段、稳定段、收缩段和喷口段，所述进气段的一端为进气口，所述进气口与气源连通，所述喷口段的一端为喷气口；收集部，所述收集部包括依次连接的收集口段、第一扩散段、第一拐角段、水平管道消声段、风机段、和第二扩散段，所述收集口段的一端为收集口，所述收集口与所述喷气口相对，所述第二扩散段的一端为排气口；所述喷流部被配置为用于将所述气源产生的初始气体进行整流并由所述喷气口排出，由所述喷气口排出的气体记为第一气体，所述收集部被配置为用于收集所述第一气体，并由所述排气口排出。

Description

一种开口直流风洞及喷流噪声试验器

技术领域

本发明涉及喷流噪声试验技术领域，更具体地，涉及一种开口直流风洞及喷流噪声试验器。

背景技术

由于喷管喷出的高速气流与周围介质急剧掺混，从而形成强烈脉动的湍流所引起的噪声，称为喷流噪声。喷流噪声与喷气速度和排气压力成正比关系，即喷气速度越大喷流噪声越大，排气压力越大喷流噪声也越大。

喷流噪声的研究在某些领域中是非常重要的，例如火箭、航空发动机的排气喷流噪声等。喷流噪声对相关设备的机械和声学性能的影响很大，它会引起震动，加剧机械破损，同时产生的噪音也会对外界环境造成极大的噪声污染。现有技术中，提供了多种喷流噪声模拟试验装置，以进一步研究如何消除喷流噪声。然而，现有技术中的喷流噪声模拟试验装置中，由于风洞结构的限制，并不能够在风洞喷口处或得速度、均匀性、湍流度均满足要求的流场。而且，现有技术中的风洞结构，对由喷口喷出的气体没有实现及时的回收，容易在风洞洞体中产生回流，进而对喷流噪声试验产生了相反的气体阻力，降低了试验的安全性和准确性。

因此，亟需提供一种新的技术方案，以解决上述技术问题。

发明内容

本公开的一个目的是提供一种开口直流风洞的新的技术方案。

根据本公开的第一方面，提供了一种开口直流风洞。该开口直流风洞包括：

消声室；

喷流部，所述喷流部包括依次连接的进气段、稳定段、收缩段和喷口段，所述进气段的一端为进气口，所述进气口与气源连通，所述喷口段的一端为喷气口，所述稳定段的直径大于所述收缩段的直径，所述收缩段的直径大于所述喷口段的直径；

收集部，所述收集部包括依次连接的收集口段、第一扩散段、第一拐角段、水平管道消声段、风机段、和第二扩散段，所述收集口段的一端为收集口，所述收集口与所述喷气口相对，所述第二扩散段的一端为排气口；

所述喷流部和所述收集部间隔设置，且所述喷口段和所述收集口段均位于所述消声室内，在进行喷流噪声试验的条件下，所述喷流部被配置为用于将所述气源产生的初始气体进行整流并由所述喷气口排出，由所述喷气口排出的气体记为第一气体，所述收集部被配置为用于收集所述第一气体，并由所述排气口排出。

可选地，所述进气口朝向所述气源的方向沿弧线向外延伸。

可选地，所述收缩段的收缩比为9。

可选地，所述收集口的单面扩散角为3°-5°。

可选地，在所述稳定段内设置有蜂窝器和阻尼网，所述蜂窝器被设置于靠近所述进气口的一端，所述阻尼网被设置于远离所述蜂窝器靠近所述喷气口的一端。

可选地，在所述收集口段和所述第一扩散段之间设置有压力平衡缝，所述压力平衡缝的宽度为90mm。

可选地，所述第一拐角段包括第一段和第二段，所述第一段和所述第二段的夹角为90°，在所述第一拐角段内设置有拐角导流片，所述拐角导流片与所述第一段的夹角为45°。

根据本公开的第二方面，提供了一种喷流噪声试验器。该喷流噪声试验器包括：进气装置、排气装置以及上述所述的开口直流风洞，所述进气口与所述进气装置连通，所述排气口与所述排气装置连通。

在本公开实施例中，通过设置喷流部和收集部，喷流部能够将气源产生的初始气体进行整流，然后将整流后的气流无分离的均匀加速，在喷气口处获得速度、均匀性、湍流度均满足要求的流场。收集部能够将第一气体在检测完成之后，及时回收至开口直流风洞内并进行消音处理，避免了喷气口喷出的气流对消声室的噪声损坏，同时也避免了第一气体在风洞洞体中产生回流，进而对喷流噪声试验产生相反的气体阻力，提高了试验的安全性和准确性。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1是根据本公开实施例开口直流风洞的示意图。

图2是根据本公开实施例稳定段的示意图。

图3是根据本公开实施例压力平衡缝的示意图。

附图标记说明：

1、消声室；2、进气段；21、进气口；3、稳定段；31、蜂窝器；32、阻尼网；4、收缩段；5、喷口段；51、喷气口；6、收集口段；61、收集口；7、第一扩散段；8、第一拐角段；81、第一段；82、第二段；83、拐角导流片；9、水平管道消声段；10、风机段；11、第二扩散段；111、排气口；12、压力平衡缝；13、进气装置；14、排气装置。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

根据本公开的第一个实施例，如图1所示，提供了一种开口直流风洞。该开口直流风洞包括：消声室1、喷流部和收集部。

喷流部包括依次连接的进气段2、稳定段3、收缩段4和喷口段5。进气段2的一端为进气口21。进气口21与气源连通。喷口段5的一端为喷气口51。稳定段3的直径大于收缩段4的直径。收缩段4的直径大于喷口段5的直径。

收集部包括依次连接的收集口段6、第一扩散段7、第一拐角段8、水平管道消声段9、风机段10、和第二扩散段11。收集口段6的一端为收集口61。收集口61与喷气口51相对。第二扩散段11的一端为排气口111。

喷流部和收集部间隔设置。且喷口段5和收集口段6均位于消声室1内。在进行喷流噪声试验的条件下，喷流部被配置为用于将气源产生的初始气体进行整流并由喷气口51排出。由喷气口51排出的气体记为第一气体。收集部被配置为用于收集第一气体，并由排气口111排出。

在本公开实施例中，通过设置喷流部和收集部，喷流部能够将气源产生的初始气体进行整流，然后将整流后的气流无分离的均匀加速，在喷气口51处获得速度、均匀性、湍流度均满足要求的流场。收集部能够将第一气体在检测完成之后，及时回收至开口直流风洞内并进行消音处理，避免了喷气口51喷出的气流对消声室1的噪声损坏，同时也避免了第一气体在风洞洞体中产生回流，进而对喷流噪声试验产生相反的气体阻力，提高了试验的安全性和准确性。

例如，稳定段3的作用为使来自外界的紊乱不均匀的气流稳定下来，使旋涡衰减，使气流速度大小和方向的分布更为均匀。

喷口段5是产生试验所需气流速度的地方。可选地，喷口段5直径为Φ1.6m，长度为1.6m，喷口段5伸入至消声室1内。

需要说明的是，本风洞为开口直流风洞，消声室1是进行模型试验与声学测试的场所。考虑到开口直流风洞在运行中可能出现的低频颤振现象，影响流场及试验声场品质，在消声室1靠近喷气口51一侧设置两个消声换气窗，用于平衡消声室1内外的压差，抑制低频颤振，改善流场静压梯度。

为了降低风机段10噪声向消声室1内的传递，在第一拐角段8与风机段10之间设置有管道消声段，消声通道内增加片式消声器，可以有效隔绝风机段10噪声通过气流向上游消声室1内传播，同时该处设置消声片增加的流阻小，对流场的稳定性破环小。

可选地，管道消声段直径Φ2.75m，长度4.0m，内部设置导流片式消声器，堵塞度40％。

为了进一步使开口直流式风洞排气损失相对较小和降低气流噪声，在风机段10之后设置第二扩散段11，目的是气流在通过第二扩散段11后，其速度降低至最低，将其动能尽量转换为接近外界大气压的压力能，从而减少排气损失。

可选地，为了使气流不出现明显气流分离，第二扩散段11的扩散角一般控制在θ＝6°-8°的范围内，同时第二扩散段11面积比应限制在2左右，直流风洞出口排气速度一般为<30m/s。为了防止雨雪、昆虫和风沙等进入风洞，在排气扩散段出口设置一层金属丝网。

在一个例子中，进气口21朝向气源的方向沿弧线向外延伸。

例如，进气口21朝向气源的方向沿弧线向外延伸，这样使得该进气段2与气源能够进行良好的贴合，使入流损失降低至最小，避免了在进气口21处气体外漏，造成不必要的损伤，同时能够保证该初始气源在该喷流部进行良好的整流，提高了试验的准确性。

可选地，进气口21长度960mm，喇叭型进气口21圆弧半径为0.2倍稳定段3直径，为960mm。

在一个例子中，收缩段4的收缩比为9。

例如，收缩段4主要用于将整流后的气流无分离的均匀加速，在喷气口51处获得速度、均匀性、湍流度、气流偏角均满足要求的流场，在开口直流风洞中，收缩段4相当于待检测设备的喷管。

收缩段4的尺寸主要包括收缩比C和收缩段4长度L_C。

需要说明的是，较大的收缩比有利于在喷口段5获得较低的湍流度。但是，采用大收缩比所得的喷口段5湍流度的各向同性及频谱特性与真实飞行环境的情况有较大差异，这样会造成试验数据不准确的问题。另外，收缩比过大将明显增加开口直流风洞的洞体投资，显著提高了试验成本。在本实施中，将收缩段4的收缩比设置为9，这样能够在保证获得较低湍流度的同时，还能够更接近与实际飞行环境，提高了试验的准确性。

可选地，考虑到本开口直流风洞对流场品质的要求，取收缩比为9。收缩段4入口截面为Φ4.8m，出口截面尺寸为Φ1.6m，收缩段4长度取为4.8m。

在一个例子中，收集口61的单面扩散角为3°-5°。

需要说明的是，由喷气口51出射的第一气体的流场可视为自由射流，其等质量核心流束单面扩散角α>1.5°，收集口61尺寸及外形设计时必须要考虑到这个角度的影响。

在本实施例中，将收集口61尺寸应按照单面扩散角3°-5°设计。这样能够使得该收集部能够将第一气体在检测完成之后，及时并最大程度回收至开口直流风洞内进行消音处理，避免了喷气口51喷出的气流对消声室1的噪声损坏，同时也避免了第一气体在风洞洞体中产生回流，进而对喷流噪声试验产生相反的气体阻力，提高了试验的安全性和准确性。

在一个例子中，如图2所示，在稳定段3内设置有蜂窝器31和阻尼网32。蜂窝器31被设置于靠近进气口21的一端。阻尼网32被设置于远离蜂窝器31靠近喷气口51的一端。

例如，为了获得较好的流场品质，在稳定段3内安装有蜂窝器31和阻尼网32。蜂窝器31的主要作用是导向和分割气流大漩涡，蜂窝格结构采用正六边形，阻力损失小，气流均匀性好，长细比一般选10-15。

优选地，蜂窝器31采用孔格为对边距离25mm的正六边形，深度为300mm，蜂窝器31孔格长细比为12。

阻尼网32采用丝径0.3mm，14目/英寸的方孔钢丝编织网，阻尼网32开孔率为64％，两层阻尼网32间的距离应大于500倍网丝直径，以便上游的一层网产生的湍流度充分衰减后进入下游的一层网，因此取各层阻尼网32间隔480mm。阻尼网32的层数为5层。

在一个例子中，如图3所示，在收集口段6和第一扩散段7之间设置有压力平衡缝12。压力平衡缝12的宽度为90mm。

例如，第一气体在喷出喷气口51之后，被收集至收集口段6内并进入第一扩散段7。第一气体产生的的流场存在由于开口射流引起的气流低频脉动，严重时会引起气流与结构洞体的明显振动，危害洞体安全。

为了控制或避免气流低频脉动，在收集口段6与第一扩散段7之间留有90mm的压力平衡缝12，该收集口段6轴向位置可调，通过调节压力平衡缝12的宽度大小，减小气流在扩散段入口附近的压力脉动。

第一扩散段7的主要作用是将气流的动能恢复为压力能，从而减少气流在扩散段下游各段的能量损失。

可选地，本风洞的第一扩散段7入口直径为Φ2.2m，出口截面为Φ2.75m，第一扩散段7长度为6.5m。

在一个例子中，第一拐角段8包括第一段81和第二段82。第一段81和第二段82的夹角为90°。在第一拐角段8内设置有拐角导流片83。拐角导流片83与第一段81的夹角为45°。

例如，为了降低风机段10的噪声向上游的传递，在第一扩散段7后设置第一拐角段8，气流经过拐角段后流动方向发生90°改变，同时为了防止气流分离，改善气流的流动和减少损失，在拐角处设置有拐角导流片83，拐角导流片83与第一段81的夹角为45°。

根据本公开的第二个实施例，提供了一种喷流噪声试验器。该喷流噪声试验器包括：进气装置13、排气装置14以及开口直流风洞。进气口21与进气装置13连通。排气口111与排气装置14连通。

在本公开实施例中，通过设置喷流部和收集部，进气口21与进气装置13连通。排气口111与排气装置14连通，喷流部能够将气源产生的初始气体进行整流，然后将整流后的气流无分离的均匀加速，在喷气口51处获得速度、均匀性、湍流度均满足要求的流场。收集部能够将第一气体在检测完成之后，及时回收至开口直流风洞内并进行消音处理，避免了喷气口51喷出的气流对消声室1的噪声损坏，同时也避免了第一气体在风洞洞体中产生回流，进而对喷流噪声试验产生相反的气体阻力，提高了试验的安全性和准确性。

上文实施例中重点描述的是各个实施例之间的不同，各个实施例之间不同的优化特征只要不矛盾，均可以组合形成更优的实施例，考虑到行文简洁，在此则不再赘述。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种开口直流风洞，其特征在于，包括：

消声室；

喷流部，所述喷流部包括依次连接的进气段、稳定段、收缩段和喷口段，所述进气段的一端为进气口，所述进气口与气源连通，所述喷口段的一端为喷气口，所述稳定段的直径大于所述收缩段的直径，所述收缩段的直径大于所述喷口段的直径；

收集部，所述收集部包括依次连接的收集口段、第一扩散段、第一拐角段、水平管道消声段、风机段、和第二扩散段，所述收集口段的一端为收集口，所述收集口与所述喷气口相对，所述第二扩散段的一端为排气口；

所述喷流部和所述收集部间隔设置，且所述喷口段和所述收集口段均位于所述消声室内，在进行喷流噪声试验的条件下，所述喷流部被配置为用于将所述气源产生的初始气体进行整流并由所述喷气口排出，由所述喷气口排出的气体记为第一气体，所述收集部被配置为用于收集所述第一气体，并由所述排气口排出。

2.根据权利要求1所述的开口直流风洞，其特征在于，所述进气口朝向所述气源的方向沿弧线向外延伸。

3.根据权利要求1所述的开口直流风洞，其特征在于，所述收缩段的收缩比为9。

4.根据权利要求1所述的开口直流风洞，其特征在于，所述收集口的单面扩散角为3°-5°。

5.根据权利要求1所述的开口直流风洞，其特征在于，在所述稳定段内设置有蜂窝器和阻尼网，所述蜂窝器被设置于靠近所述进气口的一端，所述阻尼网被设置于远离所述蜂窝器靠近所述喷气口的一端。

6.根据权利要求1所述的开口直流风洞，其特征在于，在所述收集口段和所述第一扩散段之间设置有压力平衡缝，所述压力平衡缝的宽度为90mm。

7.根据权利要求1所述的开口直流风洞，其特征在于，所述第一拐角段包括第一段和第二段，所述第一段和所述第二段的夹角为90°，在所述第一拐角段内设置有拐角导流片，所述拐角导流片与所述第一段的夹角为45°。

8.一种喷流噪声试验器，其特征在于，包括：进气装置、排气装置以及上述权利要求1-7任意一项所述的开口直流风洞，所述进气口与所述进气装置连通，所述排气口与所述排气装置连通。

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