三声速风洞低马赫数系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能够调节三声速风洞至较低马赫数的系统，属于风洞试验技术领域。
【背景技术】
[0002]M = 0.3对提高亚跨超暂冲式风洞的试验能力和市场需求有重要的意义。而现有的亚跨超暂冲式风洞的最低马赫数通常在M = 0.4左右。实际工作中，型号单位往往希望在一个风洞吹风试验时M数涵盖范围尽可能大，以保持数据的完整性和一致性。由于不同风洞流场品质的差异和试验系统误差的存在，如果低M数放在低速风洞中进行风洞试验，而其余M数放在亚跨超风洞中进行，则数据系统误差的修正和不同M数下数据的衔接是个很大的问题，同时还大大增加型号单位的时间成本和资金成本。使同一座风洞涵盖足够的高、低马赫数范围，能够很好地解决这一问题，但是这对风洞的设计提出了较高的要求。
[0003]暂冲式三声速风洞主要使用调压阀来调节试验段压力，调压阀的原理是使气流通过一个小孔道后突然扩散出现压力损失，调节通道的大小和形状，即可调节压力损失，从而使在气源压力下降的过程中，试验段的压力为常数，延长工作时间，保证流场品质。但是如果采用单一调压阀控制，即使使用调节特性好的阀门，其特性曲线仍难以兼顾所有马赫数范围，而且对非设计点下的风洞调压精度、运行时间等不利。这主要是因为建立高马赫数流场时需要足够的流量，所以来流横截面设计时不能太小，一方面大口径阀门制造加工有很大的难度，另一方面，即使加工满足使用要求，也会由于来流截面太大，在建立低马赫数流场时需要使主调压阀开度很小来得到小流量，此时很难得到稳定的前室压力和均匀流场，尤其是气源压力高的情况下，被迫长时间放气。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种三声速风洞低马赫数系统，能够把暂冲式亚跨超声速风洞最低马赫数由原来的M = 0.4延伸到M = 0.3，提高了亚跨超声速风洞的马赫数试验范围。
[0005]本发明提供一种三声速风洞低马赫数系统，三声速风洞系统包括气源，主管道、主调压阀、喷管、试验段、扩散段，主调压阀安装在连接所述气源与所述喷管之间的所述主管道上，三声速风洞低马赫数系统在所述主管道的安装有所述主调压阀的前方和后方连通有一条旁路，在所述旁路上安装有带孔挡板和旁路阀，所述带孔挡板位于所述旁路阀的上游。
[0006]优选在所述扩散段的截面积最小处安装有节流喷管。
[0007]优选所述节流喷管为M = 0.3的低马赫数专用节流喷管。
[0008]优选所述旁路阀采用蝶阀。
[0009]优选所述带孔挡板分两个半圆板，其圆弧外边缘呈锐角，通过两端皆为杆状的六角螺钉连接，所述带孔挡板上呈一定规律分布有多个圆形通孔，所述通孔被设计成可封堵形式，所述带孔挡板通过法兰安装在所述旁路中。
[0010]本发明通过新设计的旁路阀(蝶阀)与带孔挡板，把来流流量控制在M = 0.3所需的流量范围内，解决了原管路流量过大的问题。
[0011]通过关闭主调压阀、调节旁路阀(蝶阀)开度并配合一定的可调开闭比的开孔挡板，来调节M数。
[0012]采用扩散段节流的方法，在一定的前室压力下，通过安装节流喷管，改变喉道高度，建立低亚音速流场。
[0013]本发明与现有技术相比的优点如下:
[0014]在不影响现有马赫数流场特性的前提下，通过最简单的技术改造，使得亚跨超声速风洞的最低马赫数M = 0.4向下延伸到马赫数M = 0.3，拓展了风洞马赫数数试验能力范围。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的三声速风洞低马赫数系统的结构示意图
[0016]图2为旁路及旁路阀、带孔挡板位置示意图。
[0017]图3中(a)为蝶阀(旁路阀)示意图(正视)，(b)为蝶阀剖面图(侧视)。
[0018]图4中(a)为带孔挡板安装在旁路上的局部剖面图，(b)为带孔挡板的结构示意图。
[0019]图5为节流喷管安装位置示意图。
[0020]符号说明
[0021]I主调压阀、2旁路阀、3喷管、4试验段、5扩散段、6带孔挡板、7节流喷管
【具体实施方式】
[0022]为了解决现有暂冲式三声速风洞系统难以使用调压阀来调节试验段所需所有压力的难题，考虑在主调压管路旁边架设一个流通截面积更小的旁路管路，即采用主阀和旁路阀并联组合调压的形式，旁路阀的主要功用就是改善主调压阀的调压特性，当旁路阀关闭，要使流量G通过，主调压阀需要一定的开缝面积Fl，并对应行程Xl ;当旁路阀开启，同样的流量G分两部分同时通过主调压阀和旁路阀，此时主阀开缝面积F2 < F1，对应行程X2< Xi;由于主阀调压特性一般只在某一行程范围内较好，所以可根据不同风洞的实际情况利用旁路阀使主调压阀起始行程处于较优行程附近，以提升调压特性。但是即使采用双阀并联组合调压的形式，对于M = 0.3这一量级的马赫数，受气源压力等影响，仍然难以建立稳定流场，需要一种技术和装置来满足暂冲式三声速风洞低亚音速流场的建立。
[0023]根据一维管流理论，流管某一截面流速取决于流管喉道的工作状态。当喉道处于亚临界工作状态时，流管某截面流速随来流压力增加而增大，直至喉道马赫数为I为止，此后喉道处于超临界工作状态，流管某截面流速不随来流压力变化，只与喉道面积有关，并随喉道面积增加而增大。暂冲式三声速风洞中超声速扩散段位于试验段下游，在亚音速范围内，其本身可以通过喉道堵塞节流来控制试验段马赫数。根据上述理论，在超扩段喉道处于超临界工作状态下，通过进一步改变喉道高度的方法控制马赫数，建立低亚音速流场是可行的。
[0024]所以根据上述理论，本发明在现有的暂冲式三声速风洞系统基础上增加了一条旁路管道，并在旁路管道上安装了带孔挡板和旁路阀，并且在风洞的扩散段安装了节流喷管，本实施例中使用了 M = 0.3的专用小喷管。从而实现了将风洞中流场的马赫数降低至M = 0.3ο
[0025]下面结合附图对本发明的具体实施方案进行进一步的详细描述。
[0026]如图1所示，暂冲式三声速风洞系统包括气源、主管道、主调压阀1、喷管3、试验段4和扩散段5，主调压阀I安装在连接气源与喷管3之间的主管道上。
[0027]如图2所示，在主调压管路旁边架设一个流通截面积更小的旁路管路，该旁路管路连通于主管道的安装有主调压阀I处的前方和后方，在旁路上安装有带孔挡板6和旁路阀2，旁路阀采用蝶阀形式(参照图3)，蝶阀形式具有结构简单、成本低、体积小等特点，通过蝶阀绕转轴转动改变旁路流通面积来达到调节阀后压力的目的。蝶阀通过外置电机转动控制管道内圆盘(碟)的转动，从而控制气流开关。
[0028]如图2、图4所示，带孔挡板6位于旁路阀2的上游，通过法兰安装在旁路中。带孔挡板6的圆弧外边缘呈锐角，分两个半圆板，通过两端皆为杆状的六角螺钉连接，通过旋转六角螺钉实现挡板的伸缩。安装前先调小两个半圆板间距，在法兰处找准位置后，调大间距将挡板固定于旁路的法兰盘之间，法兰间缝隙通过密封垫密封。挡板上呈一定规律分布一些圆形通孔，通孔被设计成可封堵形式。
[0029]如图5所示，在风洞原有可调扩散段行程及结构基础上，在扩散段的截面积最小处安装节流喷管7，即，节流喷管7安装在扩散段的收缩段和扩张段的转折点处，以与原调节行程配合，形成最小喉道。通过安装节流喷管7确保了试验段M数及流场均匀区达到风洞试验要求。
[0030]在进行试验前，将主调压阀管路关闭，通过挡板开、堵孔试验确定合适开孔率的挡板，使旁路仅通过小流量，然后通过旁路阀调整前室压力，选取合适的前室总压范围。
[0031]然后在所选前室总压范围内，确定节流喉道调速特性，即确定节流喉道处于亚临界工作状态和超临界工作状态时对应的前室总压范围。
[0032]控制前室总压使扩散段喉道处达到超临界工作状态，此时试验段马赫数基本不随前室压力提高而变化，而主要由达到音速的喉道高度决定，确定试验段马赫数随喉道高度变化的关系曲线。
[0033]综上所述利用本发明可以实现在暂冲式三声速风洞将试验马赫数下延，由实际调试结果可知能够建立M = 0.3的流场。
[0034]本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
[0035]以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例。对本领域的技术人员来说，在权利要求书所记载的范畴内，显而易见地能够想到各种变更例或者修正例，当然也属于本发明的技术范畴。
【主权项】
1.一种三声速风洞低马赫数系统，三声速风洞系统包括气源，主管道、主调压阀、喷管、试验段、扩散段，主调压阀安装在连接所述气源与所述喷管之间的所述主管道上， 三声速风洞低马赫数系统的特征在于:在所述主管道的安装有所述主调压阀的前方和后方连通有一条旁路，在所述旁路上安装有带孔挡板和旁路阀，所述带孔挡板位于所述旁路阀的上游。
2.如权利要求1所述的三声速风洞低马赫数系统，其特征在于:在所述扩散段的截面积最小处安装有节流喷管。
3.如权利要求2所述的三声速风洞低马赫数系统，其特征在于:所述节流喷管为M=0.3的低马赫数专用节流喷管。
4.如权利要求1?3中任一项所述的三声速风洞低马赫数系统，其特征在于:所述旁路阀采用蝶阀。
5.如权利要求1?3中任一项所述的三声速风洞低马赫数系统，其特征在于:所述带孔挡板分两个半圆板，其圆弧外边缘呈锐角，通过两端皆为杆状的六角螺钉连接，所述带孔挡板上呈一定规律分布有多个圆形通孔，所述通孔被设计成可封堵形式，所述带孔挡板通过法兰安装在所述旁路中。
【专利摘要】本发明公开了一种三声速风洞低马赫数系统，主要目的是扩大风洞试验的M数范围，增强风洞的试验能力。三声速风洞系统包括气源，主管道、主调压阀、喷管、试验段、扩散段，主调压阀安装在连接所述气源与所述喷管之间的所述主管道上，在所述主管道的安装有所述主调压阀的前方和后方连通有一路旁路，在所述旁路上安装有带孔挡板和旁路阀，所述带孔挡板位于所述旁路阀的上游。通过本技术能够达到使暂冲式风洞M数向下延伸的目的，与低速风洞试验的M数更好地衔接，满足更多型号试验的需要。
【IPC分类】G01M9-04
【公开号】CN104833476
【申请号】CN201510293782
【发明人】沈林强, 童木华, 田晓虎, 欧平, 陈强
【申请人】中国航天空气动力技术研究院
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年6月1日