一种冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试试车台

本发明属于航空航天测试技术中喷管试车与测试领域，涉及一种冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试试车台。

背景技术：

1、膨胀偏流喷管是一种能够满足宽空域工作的高度补偿喷管，相对于常规喷管具有无移动部件、大扩张比、可靠性高的优势。高度补偿能力通过两种工作模态实现，分别是闭合模态和开放模态。而膨胀偏流喷管中复杂的流动现象，尤其是激波-激波相互作用，激波-边界层相互作用以及流动分离为喷管的推力预示带来困难。如何捕捉喷管工作模态，确定喷管流动状态十分重要，而壁面激波分离非线性振荡所带来的推力振动使获取典型流场流动特征更为迫切。

技术实现思路

1、针对膨胀偏流喷管试验装置，本发明提供了一种冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试试车台。该试车台能够在地面实验条件下模拟膨胀偏流喷管在不同落压比状态，通过纹影系统和压力传感器分别获取二元喷管流动状态和壁面压力分布特征，用于测试膨胀偏流喷管在高压冷流氮气输入条件下的喷管工作工作状态。本发明具有原理简单、高适应性、准确测量工作状态的优点，对膨胀偏流喷管试验具有较好的应用前景。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试试车台，包括支撑结构、测试发动机主体以及配套测试设备，其中：

4、所述支撑结构包括基座、滑轨、滑块、支撑架、喷管支撑架、光学玻璃挡板、进气段支撑架、推力承重墙和推力架；

5、所述测试发动机主体包括进气段、膨胀偏流喷管实验段、连接段、过渡段、泡沫铜多孔板、压力软管和塞锥；

6、所述配套测试设备包括推力传感器、光学玻璃、高频压力传感器和压力传感器；

7、所述基座的一侧安装有推力承重墙，推力承重墙与滑轨连接，滑轨固定在基座上，滑轨上设置有两个滑块，一个滑块上设置有进气段支撑架，另一个滑块上设置有支撑架；

8、所述推力承重墙上安装有推力传感器用以测量发动机轴向推力；

9、所述推力传感器与推力架相连，推力架通过法兰与进气段连接，进气段通过法兰与过渡段连接，过渡段通过法兰与连接段连接，连接段通过法兰与膨胀偏流喷管实验段连接；

10、所述压力软管的一端与进气段连接，压力软管的另一端与供气系统连接提供高压高流量气体；

11、所述进气段连接有压力传感器测量进气总压，进气段的下部与进气段支撑架连接；

12、所述连接段连接有压力传感器测量入口总压；

13、所述膨胀偏流喷管实验段的壁面连接有高频压力传感器测量壁面压力，膨胀偏流喷管实验段的侧面连接有光学玻璃挡板，膨胀偏流喷管实验段的下部与喷管支撑架的上侧连接，喷管支撑架的下侧与支撑架连接；

14、所述光学玻璃挡板上固定有光学玻璃；

15、所述塞锥安装在连接段和膨胀偏流喷管实验段之间；

16、所述泡沫铜多孔板安装在进气段与过渡段之间。

17、一种利用上述试车台进行冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试的方法，包括如下步骤：

18、步骤一、按照要求安装试车台及传感器，连接数采，检查传感器是否连接正常；

19、步骤二、调整纹影系统光路，让相机内拍摄到清晰完整的像，打开相机开始录制，同时开启数采记录；

20、步骤三、开始实验，气动阀开启，供气系统输入高压氮气，气体膨胀做功产生推力；

21、步骤四、关闭气动阀，关闭数采，关闭相机记录，实验结束。

22、相比于现有技术，本发明具有如下优点：

23、1、本发明提出的冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试试车台能够模拟二元膨胀偏流喷管工作状态，通过压力传感器测量喷管壁面压力分布从而获取喷管壁面流动特征，通过推力传感器采集喷管推力特性，纹影系统也能够透过光学玻璃捕捉流场波系。

24、2、本发明提出的冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试试车台具有在地面试车条件下对喷管工作状态测量更准确的特点，尽可能在有限的试验条件下可以最大程度的测量落压比对喷管工作状态的影响。

25、3、本发明提出的冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试试车台相比于其他的试车架有测量准确的特点，具有质量轻和可靠性高等优势，相较于其他喷管的试车架，可以获得喷管内部纹影图的优势。

26、4、本发明提出的冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试试车台可以通过更换不同的塞锥零件来满足不同塞锥几何设计参数下的喷管实验。

技术特征：

1.一种冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试试车台，其特征在于所述试车台包括支撑结构、测试发动机主体以及配套测试设备，其中：

2.根据权利要求1所述的冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试试车台，其特征在于所述过渡段是一个内部通道由圆形转为方形的管段。

3.根据权利要求1所述的冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试试车台，其特征在于所述连接段是一方形管道。

4.根据权利要求1所述的冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试试车台，其特征在于所述压力软管是一段耐高压波纹管。

5.根据权利要求1所述的冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试试车台，其特征在于所述压力传感器和高频压力传感器安装在相同轴向位置，用于相互标定。

6.根据权利要求1所述的冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试试车台，其特征在于所述光学玻璃挡板是c字型挡板。

7.根据权利要求1所述的冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试试车台，其特征在于所述光学玻璃为高透钢化玻璃。

8.根据权利要求1所述的冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试试车台，其特征在于所述泡沫铜多孔板的孔隙率为95％。

9.一种利用权利要求1-8任一项所述试车台进行冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种冷流二元膨胀偏流喷管性能与流动纹影测试试车台，所述试车台包括基座、滑轨、滑块、支撑架、喷管支撑架、光学玻璃挡板、进气段支撑架、推力承重墙、推力架、进气段、膨胀偏流喷管实验段、连接段、过渡段、泡沫铜多孔板、压力软管、塞锥、推力传感器、光学玻璃、高频压力传感器和压力传感器。该试车台能够在地面实验条件下模拟膨胀偏流喷管在不同落压比状态，通过纹影系统和压力传感器分别获取二元喷管流动状态和壁面压力分布特征，用于测试膨胀偏流喷管在高压冷流氮气输入条件下的喷管工作工作状态。本发明具有原理简单、高适应性、准确测量工作状态的优点，对膨胀偏流喷管试验具有较好的应用前景。

技术研发人员：王革,周博成,张立天,陈焱,王帅,邹珺,王志邦,赵书辉,关奔,杨海威,杨泽南
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27