一种激波诱导器及方法

1.本发明属于超/高超声速风洞试验技术领域，具体涉及一种激波诱导器及方法。


背景技术：

2.激波及其干扰现象广泛存在于超/高超声速飞行器内外流场中，其中激波与边界层干扰在半个多世纪以来不断地吸引着学者，至今仍是一个热门研究方向，该领域的成果为航空航天运载器的创新发展提供了重要的理论与技术支撑。
3.高速飞行器在超过声速的飞行过程中不可避免地会诱导激波结构，而激波与部件的干扰又会引发更为复杂的流场，给高速飞行器空气动力学领域带来严峻的挑战。激波干扰流场结构包括入射激波、反射激波、膨胀波以及分离激波等特征，加深对该类流场结构的机理认识具有指导飞行器设计优化等方面的重要作用。在地面风洞试验中，对激波以及干扰现象的研究基础条件之一就是激波诱导器，而激波诱导器可根据研究的马赫数等条件来设计。传统的设计方法一部分为固定角度的压缩楔块，变换角度时需要重新装载楔块；另一部分为小角度旋转的压缩板，但激波入射位置难以控制。此外，压力测量是激波与边界层干扰研究领域不可或缺的技术手段之一。目前的技术能力已经可以做到兆赫兹量级的高频动态采集，但空间分辨率通常不足；而当空间分辨率做到1mm量级时采集频率则被限制在千赫兹量级。因此当下测压技术最大的问题是时间分辨率与空间分辨率的矛盾问题，而未来在激波与边界层干扰实验研究领域对压力数据的要求越来越高，因此设计一种新型的激波诱导器，使其同时具备高时间分辨率和空间分辨率的压力采集能力是十分必要的。


技术实现要素：

4.针对于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种激波诱导器及方法，以解决现有技术中楔块压缩角度无法大范围连续、激波入射位置无法控制、压力采集时间/空间分辨率低的问题；本发明将步进电机驱动旋转楔块和步进电机驱动导轨平板融合到一起，既具备激波角度的连续变化和入射位置可控，又保证压力采集在时间和空间分辨率上得到显著提升，体现了在激波与边界层干扰试验研究领域的高效和可靠。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
6.本发明的一种激波诱导器，包括：旋转楔块、楔块支撑架、拉杆、滑块、电机支撑架、第一步进电机、丝杆、支柱、滑动平板、导轨、平板支撑架、底座、第二步进电机、丝杆；其中，
7.所述旋转楔块的一端与楔块支撑架可转动连接，且该端还通过拉杆与滑块连接，滑块通过第一丝杆与第一步进电机连接，第一步进电机靠近滑块的一端固定连接电机支撑架，通过上述各部件产生诱导激波；滑动平板通过平板支撑架与导轨连接，平板支撑架通过第二丝杆与第二步进电机连接，通过上述各部件控制激波入射位置；
8.所述底座的一端开设有通孔，导轨的一端穿过所述通孔后固定连接平板支撑架，平板支撑架可滑动设于底座上，第二步进电机驱动第二丝杆后带动滑动平板于底座上滑动；
9.所述旋转楔块与楔块支撑架铰接后通过支柱与底座连接。
10.优选地，所述拉杆的两端分别与旋转楔块上部、滑块铰接。
11.优选地，所述楔块支撑架的表面开设有凹槽。
12.优选地，所述支柱的顶面开设有第一开口，且顶面的一端插设于所述凹槽中。
13.优选地，所述支柱的侧面开设有第二开口，用于容纳滑动平板的一端。
14.优选地，所述滑块远离旋转楔块的一端与第一丝杆固定连接。
15.优选地，所述滑动平板与平板支撑架固定连接。
16.优选地，所述导轨的数量为两个。
17.优选地，所述支柱与底座固定连接。
18.优选地，所述支柱可通过调整与底座的连接位置而上下移动，对诱导的激波起点高度进行连续调节。
19.优选地，所述滑动平板上设有压力传感器，对激波干扰流场进行沿程压力的动态测量。
20.本发明中，由第一步进电机驱动旋转楔块偏转，可对诱导的激波强度进行动态连续调节；由第二步进电机驱动滑动平板移动，可对诱导的激波入射位置进行动态连续调节。
21.本发明中的两个步进电机分别驱动旋转楔块偏转和平板移动，使诱导的激波强度及入射位置均可进行连续调节，实现压力场的高时空分辨率测量。
22.本发明的一种激波诱导器的工作方法，基于上述激波诱导器，包括步骤如下：
23.步骤1：依据适用流场的马赫数要求，设定旋转楔块底面与水平面夹角的初始角度和终止角度；
24.步骤2：依据待测流场的激波入射位置，设定滑动平板的初始位置和终止位置；
25.步骤3：依据试验时间设定旋转楔块从初始角度到终止角度的旋转时间以及滑动平板从初始位置到终止位置的平移时间；
26.步骤4：试验开始时旋转楔块和滑动平板同步协调运动，创建试验所需流场。
27.本发明的有益效果：
28.本发明采用两个步进电机分别驱动旋转楔块偏转和滑动平板移动，通过对激波强度和入射位置的协同控制，解决了传统激波诱导器无法连续调节激波强度和入射位置的问题，也解决了压力测量时间分辨率和空间分辨率无法同时提高的矛盾问题，使测量激波与边界层干扰流场更加高效和可靠。
附图说明
29.图1为本发明激波诱导器的第一视角结构示意图。
30.图2为本发明激波诱导器的第二视角结构示意图。
31.图3为本发明中旋转楔块偏转控制示意图。
32.图4为本发明激波诱导器第一状态的结构示意图。
33.图5为本发明激波诱导器第二状态的结构示意图。
具体实施方式
34.为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说
明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
35.参照图1、图2所示，本发明的一种激波诱导器，包括：旋转楔块1、楔块支撑架2、拉杆3、滑块4、电机支撑架5、第一步进电机6、丝杆7、支柱8、滑动平板9、导轨10、平板支撑架11、底座12、第二步进电机13、丝杆14；其中，
36.所述旋转楔块1的下游端与楔块支撑架2可转动连接，且该端还通过拉杆3与滑块4连接，滑块4通过第一丝杆7与第一步进电机6连接，第一步进电机6靠近滑块4的一端固定连接电机支撑架5，通过上述各部件产生诱导激波；滑动平板9通过平板支撑架11与导轨10连接，平板支撑架11通过第二丝杆14与第二步进电机13连接，通过上述各部件控制激波入射位置；
37.所述底座12的一端开设有通孔，导轨10的一端穿过所述通孔后固定连接平板支撑架11，平板支撑架11可滑动设于底座12上，第二步进电机13驱动第二丝杆14后带动滑动平板9于底座12上滑动；
38.所述旋转楔块1与楔块支撑架2铰接后通过支柱8与底座12连接；所述楔块支撑架2的表面开设有凹槽；所述支柱8的顶面开设有第一开口，且顶面的一端插设于所述凹槽中；所述支柱8的侧面开设有第二开口，用于容纳滑动平板9的一端。
39.优选示例中，所述拉杆3的两端分别与旋转楔块1下游端的上部、滑块4铰接。
40.优选示例中，所述滑块4远离旋转楔块1的一端与第一丝杆7固定连接。
41.优选示例中，所述滑动平板9与平板支撑架11固定连接。
42.优选示例中，所述导轨10的数量为两个。
43.优选示例中，所述支柱8与底座12固定连接。
44.优选示例中，所述支柱8与底座12相连接的端面上设置有多排螺孔(图中未做示意)，其可通过螺栓与底座12壁面上设有的螺孔相连接，通过不同位置的螺孔可使楔块高度位置上下移动，即每排螺孔对应一个高度，可对诱导的激波起点高度进行连续调节。
45.优选示例中，所述滑动平板9上设有压力传感器，对激波干扰流场进行沿程压力的动态测量。
46.本发明中，参照图3所示，由第一步进电机6驱动旋转楔块1偏转，可对诱导的激波强度从初始设定角度到终止角度进行动态连续调节；参照图4、图5所示，由第二步进电机13驱动滑动平板9从初始位置到终止位置移动，可对诱导的激波入射位置进行动态连续调节。
47.本发明中的两个步进电机分别驱动旋转楔块偏转和平板移动，使诱导的激波强度及入射位置均可进行连续调节，实现压力场的高时空分辨率测量。
48.本发明的一种激波诱导器的工作方法，基于上述激波诱导器，包括步骤如下：
49.步骤1：依据适用流场的马赫数要求，设定旋转楔块底面与水平面夹角的初始角度和终止角度；
50.步骤2：依据待测流场的激波入射位置，设定滑动平板的初始位置和终止位置；
51.步骤3：依据试验时间设定旋转楔块从初始角度到终止角度的旋转时间以及滑动平板从初始位置到终止位置的平移时间；
52.步骤4：试验开始时旋转楔块和滑动平板同步协调运动，创建试验所需流场。
53.本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以作出若干改进，这
些改进也应视为本发明的保护范围。