一种高超声速进气道自起动能力检测装置的制作方法

本发明涉及流体力学技术领域，特别涉及一种高超声速进气道自起动能力检测装置。

背景技术：

以超声速燃烧(超燃)冲压发动机为动力装置的吸气式高超声速飞行器，为获得较好的性能，要求作为其气流捕获、压缩部件的高超声速进气道具有良好的自起动能力，即当导致进气道不起动的因素消除后，不需要额外的辅助起动措施，进气道也能够恢复为起动状态(再起动)。然而，来流马赫数过低、攻角过大、进气道反压过高等飞行和操控因素，都可能造成进气道不起动，严重影响飞行安全。为了降低飞行试验中遭遇进气道不起动的风险，在地面风洞实验中检测高超声速进气道的自起动能力，成为一项重要的风洞实验测试技术。

鉴于高超声速风洞在一次吹风实验中连续可控地改变来流马赫数的困难，通常在固定来流马赫数的条件下，进行进气道自起动能力检测实验。常规高超声速风洞的实验时间较长，可达秒至数十秒量级，借助传统的步进电机、电磁阀等作动机构，开展进气道自起动能力检测实验相对容易。有学者在常规高超声速风洞中，通过移动进气道的唇罩、连续改变进气道的攻角、移动进气道下游模拟进气道反压的节流堵锥、在进气道下游喷射高压气体节流等措施，先迫使进气道不起动，然后移除相应的进气道不起动因素，并将进气道再起动作为认定在类似条件下进气道具有自起动能力的依据。

以激波风洞为代表的地面脉冲型风洞实验设备，以其建造和运行费用相对较低，运行方式灵活，可以为大尺度进气道提供高焓气流的优点，在高超声速飞行器研究领域发挥着重要的作用。然而，激波风洞的实验时间短暂，通常仅毫秒到数十毫秒量级，常规高超声速风洞中的进气道自起动能力检测技术，无法直接“移植”应用于激波风洞。因此，激波风洞面临进气道自起动能力检测实验方法的挑战。

在现有技术中，某些学者通过在进气道喉道处设置快速滑动阀门，迫使进气道出现不起动，并在激波风洞中检测进气道的自起动能力。然而，这种快速滑动阀门，不仅其技术难度大，而且还需要针对具体的进气道构型进行专门设计，其通用性受限。还有学者通过在进气道下游的隔离段下壁面预先放置轻质堵塞物，先迫使进气道出现不起动，待堵塞物被吹出进气道后流道恢复畅通，继而检测进气道的自起动能力。虽然这种检测方法简便，但是，轻质堵塞物的几何形状不规则，堵塞物的放置方式较随意，堵塞物的移动规律不明确，堵塞物的运动形式不能有效控制，堵塞物也不可以回收后再次使用。这些因素，都导致堵塞物作用效果的可重复性较差。除此之外，某些学者采用预先安装涤纶膜片封闭进气道出口，先迫使进气道不起动；然后，在实验过程中使用脉冲高能点火器使涤纶膜片破裂，打开进气道出口，检测进气道的自起动能力。然而，这种测试装置每次实验需要重新安装涤纶膜片，并且使用脉冲高能点火器给控制方式和安全性带来一定的困扰。因此，在以激波风洞为代表的脉冲型风洞中，高超声速进气道自起动能力检测的实验方法需要进一步提高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高超声速进气道自起动能力检测装置，该高超声速进气道自起动能力检测装置可以重复使用，能够在激波风洞有效实验时间的初期迫使进气道不起动，并在激波风洞有效实验时间内检验高超声速进气道的自起动能力。

为实现上述目的，本发明提供一种高超声速进气道自起动能力检测装置，包括：

导轨，所述导轨的一端设于高超声速进气道模型的内流道内，且所述导轨与所述内流道的轴线平行；

堵块，可滑动地设于所述导轨；在所述内流道内气流的作用下，位于所述内流道内的所述堵块能够沿所述导轨滑动至所述内流道外。

相对于上述背景技术，本发明提供的高超声速进气道自起动能力检测装置，导轨的一端位于高超声速进气道模型的内流道内，且堵块可滑动地设于导轨；在激波风洞中开始高超声速进气道自起动能力检测实验前，堵块位于内流道内，堵块造成内流道的堵塞，进气道出现不起动，并出现多个周期性的激波振荡流态；同时，堵块在进气道的内流道气流作用下，沿着导轨以准一维的形式向进气道的出口移动；在激波风洞的有效实验时间内，堵块被吹出进气道的出口；进气道的内流道恢复畅通，继而可在所述激波风洞的有效实验时间内，观测进气道能否恢复到起动状态，检测进气道的自起动能力；激波风洞实验结束后，堵块仍然位于导轨之上，堵块的外观良好，可以再次使用。本发明的核心在于，利用导轨限制堵块的运动方向，进而能够对进气道自起动能力进行检测；并且检测之后的堵块可以重复使用，将堵块沿着导轨推至内流道内即可；如此设置，不仅可以控制堵块的运动形式，而且可以回收堵块，使其可以再次使用，保证了堵块堵塞作用过程的可重复性。

优选地，所述内流道与所述导轨均水平设置。

优选地，

所述高超声速进气道模型具体为二元进气道，且所述内流道的横截面呈矩形，所述堵块具体为矩形堵块；或者，

所述高超声速进气道模型具体为内转式进气道，且所述内流道的横截面呈圆形，所述堵块具体为圆锥堵块。

优选地，所述内流道的堵塞度在50％～80％之间。

优选地，所述导轨具体为能够用以作为皮托压探针使用的空心导轨，且所述导轨的另一端设有用以检测所述内流道内的皮托压的压力传感器。

优选地，所述导轨设有用以缓冲当所述堵块沿所述导轨滑动至所述内流道外时所具有的冲击力的缓冲件。

优选地，还包括用以固定所述缓冲件以及所述导轨的端座，所述端座在竖直方向上设有立柱，且所述立柱的末端通过支架底座固定。

优选地，所述堵块设有用以供所述导轨穿过的通孔，且所述通孔的内壁光滑。

优选地，所述端座相对于所述立柱的位置可调。

优选地，所述导轨与所述通孔的个数均为两个，且两根所述导轨的形状尺寸相同。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的一种高超声速进气道自起动能力检测装置的示意图；

图2为图1中未设置二元进气道的示意图；

图3为本发明实施例所提供的另一种高超声速进气道自起动能力检测装置的示意图。

其中：

说明书附图1中：1-二元进气道、2-实心导轨、3-矩形堵块、4-导轨底座、5-缓冲垫块、6-支架、7-支架底座；

说明书附图2中：2-实心导轨、3-矩形堵块、101-通孔；

说明书附图3中：102-内转式进气道、103-空心导轨、104-圆锥堵块、105-空心导轨底座、106-缓冲部件、107-竖直支架、108-压力传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1、图2和图3，图1为本发明实施例所提供的一种高超声速进气道自起动能力检测装置的示意图；图2为图1中未设置二元进气道的示意图；图3为本发明实施例所提供的另一种高超声速进气道自起动能力检测装置的示意图。

本发明提供的一种高超声速进气道自起动能力检测装置，主要包括导轨和堵块。导轨的一端设于高超声速进气道模型的内流道内，并且导轨与内流道的轴线平行；而堵块可滑动地设于导轨；在内流道内气流的作用下，位于内流道内的堵块能够沿导轨滑动至所述内流道外。

高超声速进气道模型可以是二元进气道，也可以是侧压式进气道、三维内转式进气道，高超声速进气道模型的内流道包括进气道内压缩段和隔离段。导轨的刚度应良好，其外径较小，导轨的外表面光滑，最好为平直导轨，导轨的横截面可以为圆形或圆环形。堵块为质量较小的几何外形规则的刚性堵块；堵块的形状为正方体、长方体、三棱柱、圆柱体、圆锥体或圆球体；堵块的横截面尺寸、展向长度都小于高超声速进气道模型内流道的横截面尺寸、展向长度；针对堵块的质量和几何外形，可以根据激波风洞实验要求的堵塞时间和高超声速进气道模型的内流道几何形式选取。

在激波风洞中开始高超声速进气道自起动能力检测实验前，堵块位于内流道内，此时堵块造成内流道的堵塞，进气道出现不起动，并出现多个周期性的激波振荡流态；同时，堵块在进气道的内流道气流作用下，沿着导轨以准一维的形式向进气道的出口移动；在激波风洞的有效实验时间内，堵块被吹出进气道的出口；进气道的内流道恢复畅通，继而可在所述激波风洞的有效实验时间内，观测进气道能否恢复到起动状态，检测进气道的自起动能力；激波风洞实验结束后，堵块仍然位于导轨之上，堵块的外观良好，可以再次使用。

本发明的核心在于，利用导轨限制堵块的运动方向，进而能够对进气道自起动能力进行检测；并且检测之后的堵块可以重复使用，将堵块沿着导轨推至内流道内即可；如此设置，不仅可以控制堵块的运动形式，而且可以回收堵块，使其可以再次使用，保证了堵块堵塞作用过程的可重复性。根据不同的测试需要，内流道与导轨可以水平设置，也可以将内流道与导轨相对于水平面倾斜一定的角度设置。

说明书附图1为本发明实施例所提供的一种高超声速进气道自起动能力检测装置的示意图，附图3为本发明实施例所提供的另一种高超声速进气道自起动能力检测装置的示意图。

说明书附图1中，二元进气道1的内流道横截面为矩形，二元进气道1的展向宽度为54mm，高度为10mm；实心导轨2为两根外径2mm的长度相同的钢棒，两根实心导轨2平行于进气道的内流道轴线且对称设置，两根实心导轨2的展向间距20mm；矩形堵块3为长方体形状，几何尺寸为6mm(流向)×6mm(横向)×50mm(展向)，质量为2.05g，在矩形堵块3的迎风面中心线两侧对称设置两个内径2.5mm，间距20mm的通孔，矩形堵块3经通孔穿入实心导轨2，并可以沿着实心导轨2滑动，矩形堵块3的迎风面距离进气道1的出口40mm。导轨底座4为钝楔-长方体形式的组合体，用于固定和支撑实心导轨2；缓冲垫块5为2mm厚的矩形硅胶垫片，紧贴着导轨底座4；支架6为螺纹杆，用于固定和支撑导轨底座4；支架底座7为长方体形状，用于固定支架6。

其工作原理为，在激波风洞有效实验时间的初期，矩形堵块3造成二元进气道1的内流道堵塞；二元进气道1出现不起动，并出现多个周期性的激波振荡流态；同时，矩形堵块3在二元进气道1的内流道气流作用下，沿着实心导轨2以准一维的形式向二元进气道1的出口移动；在所述激波风洞的有效实验时间内，矩形堵块3被吹出二元进气道1的出口；二元进气道1的内流道恢复畅通，继而可在所述激波风洞的有效实验时间内，观测二元进气道1能否恢复到起动状态，检测二元进气道1的自起动能力；所述激波风洞实验结束后，矩形堵块3位于实心导轨2上，矩形堵块3的外观良好，可以再次使用。上述为内流道呈矩形的实施例，当然，上述各个部件的具体尺寸与位置关系可以根据实际需要而定，并不限于上文所述。

说明书附图2为图1中未设置二元进气道的示意图，更详细的给出了实心导轨2和矩形堵块3的几何位置，所述矩形堵块3设有用以供所述两个实心导轨2穿过的两个通孔101，且所述两个通孔101的内壁光滑。具体实施例中，两个通孔101的内径都为2.5mm，两个通孔101的展向间距为20mm。工作原理：矩形堵块3经过两个通孔101穿入两个实心导轨2，矩形堵块3可以沿着两个实心导轨2滑动。

说明书附图3中，与附图1的实施例相比，两者所用的方法类似，应用的进气道由二元进气道换成了内转式进气道。高超声速内转式进气道自起动能力检测的测试装置包括：内转式进气道102、空心导轨103、圆锥堵块104、空心导轨底座105、缓冲部件106、竖直支架107和压力传感器108。

其中，内转式进气道102的出口为内径35mm的圆形；空心导轨103为一根外径为5mm、内径为3mm的钢管，兼做皮托压探针使用；圆锥堵块104为半锥角20度，底部直径24mm的圆锥，其质量为5g；在圆锥堵块104的轴线处设置内径5.2mm的通孔，圆锥堵块104经所述通孔穿入空心导轨103，并可以沿着空心导轨103滑动，圆锥堵块104顶点距离内转式进气道102的出口45mm；空心导轨底座105为钝楔-长方体形式的组合体，用于固定和支撑空心导轨103，并与竖直支架107连接；缓冲部件106为2mm厚的硅胶垫片，紧贴着空心导轨底座105；竖直支架107为两根相同长度的螺纹杆，用于固定和支撑空心导轨底座105；压力传感器108安装于空心导轨底座105的底部，压力传感器108的压力敏感元件与兼做皮托压探针使用的空心导轨103的内孔相连通，用于测量皮托压。

该实施例的工作原理与上述类似，两者的主要区别在于，空心导轨103兼做皮托压探针使用，压力传感器108可以在内转式进气道102自起动能力检测的实验过程中，监测内转式进气道102内流道皮托压的变化。通过上述可以看出，在激波风洞有效实验时间的初期，堵块位于内流道中，进而形成对内流道的堵塞；根据实际需要，可以将内流道的堵塞度控制在50％～80％之间，以便进行实验。当然，根据实际需要，内流道的堵塞度还可以为其他数值范围。

说明书附图3中，导轨具体为能够用以作为皮托压探针使用的空心导轨103，且导轨的另一端设有用以检测内流道内的皮托压的压力传感器108。而对于说明书附图1所给出的实施例，其导轨也可以为空心导轨103，其功能与作用相同。

本发明的高超声速进气道自起动能力检测装置，利用端座固定缓冲件以及导轨，端座在竖直方向上设有立柱，且立柱的末端通过支架底座固定。通过说明书附图1至附图3可以看出，说明书附图1与说明书附图2中，导轨底座4即为端座，缓冲垫块5即为缓冲件，支架6即为立柱；说明书附图3中，空心导轨底座105即为端座，缓冲部件即为缓冲件，竖直支架107即为立柱。当然，为了实现对导轨的固定，还可以采用其他装置，并不限于本文所述。

为了实现堵块可滑动地设于导轨，本发明将堵块设有用以供导轨穿过的通孔，且通孔的内壁光滑；如说明书附图2，矩形堵块3设有两个内壁光滑的通孔101，两根实心导轨2分别穿过每个通孔101，实现矩形堵块3相对于实心导轨2的滑动；两根实心导轨2的形状尺寸相同。为了提高本发明高超声速进气道自起动能力检测装置的适用广泛性，端座相对于立柱的位置可调，进而调节导轨的高度位置。

针对说明书附图1与附图2所给出的实施例，实验过程如下：

在激波风洞实验前，首先应选择质量、横截面尺寸和展向长度合适的矩形堵块3，经矩形堵块3迎风面上两个贯穿的通孔101，穿入长度相同的平行于高超声速进气道模型内流道轴线对称设置的两根实心导轨2。

将本发明的高超声速进气道自起动能力检测装置安装于高超声速进气道模型的下游，且与高超声速进气道模型的出口相对，并使实心导轨2和矩形堵块3处于高超声速进气道模型的内流道内，确保导轨底座4与高超声速进气道模型的出口保持合适的距离，避免导轨底座4堵塞高超声速进气道模型的出口。

然后调节导轨底座4，使实心导轨2和矩形堵块3的中心线与高超声速进气道模型的内流道轴线同轴，确保矩形堵块3可以沿着实心导轨2滑动至缓冲垫块5处；调节矩形堵块3在实心导轨2上的位置，确保矩形堵块3与高超声速进气道模型出口的距离合适。

当开始激波风洞实验后，在激波风洞有效实验时间的初期，矩形堵块3造成高超声速进气道的内流道堵塞，高超声速进气道出现不起动，并出现多个周期性的激波振荡流态，同时，在高超声速进气道内流道气流的作用下，矩形堵块3沿着所述导轨，以准一维运动的形式，向高超声速进气道模型的出口移动。

在激波风洞有效实验时间内，矩形堵块3被吹出高超声速进气道的内流道，高超声速进气道的内流道恢复畅通后，继而可在激波风洞的有效实验时间内，观测高超声速进气道能否恢复到起动状态，检测高超声速进气道的自起动能力。

激波风洞实验结束后，矩形堵块3停留在所述缓冲垫块5附近，矩形堵块3的外观良好，可以重复使用。

本发明的高超声速进气道自起动能力检测装置，结构简单，可重复使用；当直接进行高超声速进气道内流场拍摄时，可以额外得到堵块的运动规律，用于流固耦合问题的校验。

以上对本发明所提供的高超声速进气道自起动能力检测装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。