一种风洞试验模型表面低速引射区域的生成和控制方法与流程

本发明属于实验流体力学，尤其涉及风洞试验模型表面低速引射区域的生成和控制方法。

背景技术：

1、在大气层内高速飞行时，飞行器表面会经历剧烈的气动加热。在飞行器典型部位进行低速气体引射，可以有效降低该部位温度，从而起到热防护的效果。低速气体引射会给飞行器气动力/热性能带来较大改变，会引起气动力、气动热和脉动压力等特性的变化，需要大量风洞试验进行验证。

2、在风洞模型表面产生高速度(100m/s量级或以上)喷流的技术较为成熟，但对如何产生低速引射(1m/s量级)气流的方法研究相对较少。专利“一种高超声速风洞模型表面低速喷流的生成方法”提供了一种利用喷流喷管产生低速气流的方法，但以此种方法产生的低速气流仅限于喷管内部，且当喷流速度较低时，该方法所设计的喷管出口尺寸过于巨大，甚至达到与模型尺寸同一量级，导致试验模型的设计和加工无法完成。一般而言，飞行器表面的气流引射通过多孔介质向外排出，因此，需要有针对性地研制一种基于多孔介质模型表面的，可实现模型表面均匀、低速(1m/s量级)气体引射的试验技术。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种风洞试验模型表面低速引射区域的生成和控制方法，基于多孔介质的风洞试验模型表面，实现均匀、低速(1m/s量级)气体引射。

2、本发明目的通过以下技术方案予以实现：

3、本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

4、(1)本发明通过在风洞试验模型表面设置层板式低速引射装置，利用内流道截面积的变化实现引射装置内部流动的减速，利用自相似分形内流道实现引射装置内部流动的均匀分散，基于模型表面压力数据，通过调整层板的层数、每层结构分布以及引射驻室的压力，可以实现模型表面大面积区域多孔介质表面的均匀、低速气体引射；

5、(2)本发明基于气动守恒方程，提出了以单位面积引射流量需求或引射气流速度需求为设计指标时，模型表面引射子区域的划分方法、各个子区域面积与引射气路入口面积比的计算方法、以及引射气路各层的设计和加工方法，可实现1m/s量级低速气体引射的生成和参数精确控制。

技术特征：

1.一种风洞试验模型表面低速引射区域的生成和控制方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种风洞试验模型表面低速引射区域的生成和控制方法，其特征在于，所述模型引射驻室可调压力范围，指模型内部引射驻室压力调节和测量的能力范围，由引射气源系统、气路系统、引射压力测量设备决定。

3.如权利要求1所述的一种风洞试验模型表面低速引射区域的生成和控制方法，其特征在于，所述引射气路，指气体从引射驻室向模型表面流动过程中经过的腔体和管道；引射气路的结构为分层结构，每层为均布的管道，层与层之间为连通的腔体。

4.如权利要求1所述的一种风洞试验模型表面低速引射区域的生成和控制方法，其特征在于，所述引射子区域为单个引射气路所对应的模型表面区域；单个引射子区域内模型表面气动压力差异范围不大于±5％，同时单个引射子区域内模型表面引射速度需求或单位面积流量要求差异范围不大于±5％。

5.如权利要求1所述的一种风洞试验模型表面低速引射区域的生成和控制方法，其特征在于，所述引射子区域面积，为单个引射气路所对应的模型表面区域的面积；引射气路所对应的模型表面区域为均布的孔状，或为均匀的多孔介质材料；不同引射气路之间用不透气的隔离板隔开。

6.如权利要求1所述的一种风洞试验模型表面低速引射区域的生成和控制方法，其特征在于，所述引射气路入口，为引射气路与引射驻室的交界位置；引射气路入口为均布的孔状入口。

7.如权利要求1所述的一种风洞试验模型表面低速引射区域的生成和控制方法，其特征在于，所述确定引射子区域面积与引射气路入口处面积的比值，包括：

8.如权利要求1所述的一种风洞试验模型表面低速引射区域的生成和控制方法，其特征在于，确定引射孔分布，包括：

9.如权利要求1所述的一种风洞试验模型表面低速引射区域的生成和控制方法，其特征在于，确定引射气路层数，包括：引射气路为分层结构，每层为均布的圆孔；第0层圆孔数量和位置与引射气路入口对应，圆孔直径大于引射气路入口直径；向外每层数量为上一层的4倍，即下一层每4个孔对应上一层的1个孔，且上一层的1个孔在下一层的投影位置应在下一层4个孔的中心位置；每层圆孔的总面积为上一层的1～4倍；最后一层采用均匀的小孔，小孔的总面积之和不大于对应引射子区域的引射通道总面积；层与层之间有足够高度的腔体，且最外侧一层与模型表面材料之间也有足够高度的腔体，所述足够高度腔体的指高度不少于其相邻层圆孔直径的2倍。

10.如权利要求1所述的一种风洞试验模型表面低速引射区域的生成和控制方法，其特征在于，所述风洞试验数据，包括气动热测量数据、气动力测量数据、气动压力测量数据和气动光学测量数据。

技术总结
本发明公开了一种风洞试验模型表面低速引射区域的生成和控制方法，该方法通过在风洞试验模型表面设置层板式低速引射装置，利用内流道截面积的变化实现引射装置内部流动的减速，利用自相似分形内流道实现引射装置内部流动的均匀分散，基于模型表面压力数据，通过调整层板的层数、每层结构分布以及引射驻室的压力，可以满足不同引射区域外形和引射速度需求，为相关试验中模型表面低速引射的生成和参数控制提供了指导。

技术研发人员：易翔宇,赵静龙,李睿劬,姚大鹏,林键,黄育群
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17