專利名稱：基于激波風(fēng)洞的高超聲速進(jìn)氣道自起動(dòng)測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高超聲速推進(jìn)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及高超聲速進(jìn)氣道的自起動(dòng)性能測(cè)試裝置。
背景技術(shù)：
高超聲速進(jìn)氣道作為超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的推力性能具有至關(guān)重要的影響。當(dāng)燃燒室反壓過高、飛行攻角過大或飛行速度過低時(shí)，高超聲速進(jìn)氣道可能會(huì)出現(xiàn)不起動(dòng)的流動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致進(jìn)氣道阻力大幅提高，流量急劇降低，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)損失其推力性能，且嚴(yán)重影響飛行器的升阻特性。因此，高超聲速進(jìn)氣道的一個(gè)基本設(shè)計(jì)要求即為具有自起動(dòng)能力。Kantrowitz曾從理論上給出了進(jìn)氣道起動(dòng)的最大面積收縮比限制條件[參見 Kantrowitz A.，Donaldson C. , Preliminary Investigation of Supersonic Diffusers， NACA WRL-713,1945]，但由于其假定的起動(dòng)過程為正激波吞入流態(tài)，與高馬赫數(shù)下進(jìn)氣道起動(dòng)過程存在較大偏差，許多高超聲速進(jìn)氣道超過了此限制條件，仍可以起動(dòng)[參見Van Wie D M， Kwok F T， Starting Characteristics of Supersonic Inlet， AIAA 96-2914]。 因此，高超聲速進(jìn)氣道的自起動(dòng)性能主要依靠試驗(yàn)手段考核。進(jìn)氣道自起動(dòng)考核試驗(yàn)一般需要在進(jìn)氣道下游連接可調(diào)喉道，首先縮小喉道形成高的反壓，產(chǎn)生進(jìn)氣道不起動(dòng)流動(dòng)現(xiàn)象，之后擴(kuò)大喉道使得高反壓條件消失，檢測(cè)進(jìn)氣道流態(tài)是否恢復(fù)至起動(dòng)狀態(tài)，以判斷該進(jìn)氣道是否具有試驗(yàn)條件下的自起動(dòng)能力[參見 Hui-jun Tan, Shu Sun,Oscillatory Flows of Rectangular Hypersonic Inlet Unstart Caused by Downstream Mass-Flow Choking. Journal of Propulsion and Power,2009, 25(1) ；Rodi P. Ε. , Emami S. , Unsteady Pressure Behavior in a Ramjet/Scramjet Inlet. Journal of Propulsion and Power，1996，12 (3)]。通常這一過程需要一定的調(diào)節(jié)時(shí)間，而只能在秒量級(jí)運(yùn)行時(shí)間的下吹式風(fēng)洞上開展。激波風(fēng)洞運(yùn)行成本較低，快捷方便，一般噴管直徑(實(shí)驗(yàn)區(qū)面積)也較連續(xù)下吹式風(fēng)洞大，在高超聲速進(jìn)氣道的研究中發(fā)揮了重要作用。但由于其穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間為毫秒量級(jí)， 上述常規(guī)的自起動(dòng)試驗(yàn)考核手段無法應(yīng)用。中國(guó)科技大學(xué)利用在隔離段內(nèi)放置輕質(zhì)堵塞物的方法誘發(fā)進(jìn)氣道不起動(dòng)現(xiàn)象，隨輕質(zhì)堵塞物被氣流吹出來考察進(jìn)氣道自起動(dòng)特性[參見李祝飛，黃舶，楊基明等，激波風(fēng)洞中高超聲速進(jìn)氣道起動(dòng)問題實(shí)驗(yàn)研究，第三屆高超聲速科技學(xué)術(shù)會(huì)議，2010]。但這一試驗(yàn)過程中堵塞物一直處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即下游膨脹波不斷前傳，進(jìn)氣道不起動(dòng)階段不存在擬穩(wěn)定周期性流動(dòng)形態(tài)(即不受下游干擾的周期性喘振流動(dòng)，且穩(wěn)定工作時(shí)長(zhǎng)大于其周期)。因此這一試驗(yàn)?zāi)M手段的有效性、可重復(fù)性無法保證。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于激波風(fēng)洞的高超聲速進(jìn)氣道自起動(dòng)測(cè)試裝置，能夠模擬進(jìn)氣道不起動(dòng)階段的擬穩(wěn)定周期性流態(tài)，且具有足夠時(shí)長(zhǎng)，并在設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)考察進(jìn)氣道自起動(dòng)特性，保證了自起動(dòng)試驗(yàn)的有效性及可重復(fù)性。本發(fā)明的一種基于激波風(fēng)洞的高超聲速進(jìn)氣道自起動(dòng)測(cè)試裝置包括高超聲速進(jìn)氣道，設(shè)置在風(fēng)洞試驗(yàn)艙內(nèi)，所述高超聲速進(jìn)氣道的入口端與所述風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)艙的風(fēng)洞噴管相對(duì)；膜片，通過夾膜裝置安裝在所述高超聲速進(jìn)氣道的出口端；電阻絲，設(shè)置在所述膜片上；延時(shí)點(diǎn)火裝置，在檢測(cè)到所述風(fēng)洞噴管的壓力信號(hào)時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的延時(shí)時(shí)間，對(duì)所述電阻絲導(dǎo)電，并將所述膜片燒蝕。優(yōu)選地，所述延時(shí)點(diǎn)火裝置包括皮托壓測(cè)量探針，設(shè)置在所述風(fēng)洞噴管上；延時(shí)脈沖信號(hào)發(fā)生器，檢測(cè)所述皮托壓測(cè)量探針輸出的壓力信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到有壓力信號(hào)輸出時(shí)，在設(shè)定的延遲時(shí)刻輸出脈沖信號(hào)；脈沖高能點(diǎn)火器，接收到所述延時(shí)脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出的脈沖信號(hào)后，使所述電阻絲導(dǎo)電，從而將所述膜片燒蝕。優(yōu)選地，所述膜片為滌綸膜片。本發(fā)明解決了利用激波風(fēng)洞開展高超聲速進(jìn)氣道自起動(dòng)特性研究的試驗(yàn)手段問題，可模擬進(jìn)氣道不起動(dòng)階段的擬穩(wěn)定周期性流態(tài)，且具有足夠時(shí)長(zhǎng)，并在設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)考察進(jìn)氣道自起動(dòng)特性，保證了自起動(dòng)試驗(yàn)的有效性及可重復(fù)性。


圖1為基于激波風(fēng)洞的高超聲速進(jìn)氣道自起動(dòng)試驗(yàn)示意圖；圖2為基于激波風(fēng)洞的高超聲速進(jìn)氣道自起動(dòng)模擬試驗(yàn)破膜裝置示意圖；圖1中1表示風(fēng)洞噴管，2表示P5區(qū)皮托壓測(cè)量探針，3表示延時(shí)脈沖信號(hào)發(fā)生器， (包括觸發(fā)端5及脈沖電壓信號(hào)輸出端6，可在設(shè)定的延時(shí)之后輸出脈沖電壓信號(hào))，4表示高能脈沖點(diǎn)火器(包括觸發(fā)端7及電壓輸出端8，可輸出高能脈沖電壓)，9表示風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)艙，10表示穿艙體的真空密封電連接器、11表示試驗(yàn)高超聲速進(jìn)氣道、12表示自起動(dòng)模擬試驗(yàn)破膜裝置。圖2中13、14表示夾膜構(gòu)件，15表示與設(shè)備絕緣的導(dǎo)電體，16表示滌綸膜片，17表示電阻絲。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明提出了一套基于激波風(fēng)洞的高超聲速進(jìn)氣道自起動(dòng)試驗(yàn)裝置，所涉及的部件包括延時(shí)脈沖信號(hào)發(fā)生器3、脈沖高能點(diǎn)火器4、自起動(dòng)模擬試驗(yàn)破膜裝置12。P5區(qū)皮托壓2的電壓信號(hào)作為延時(shí)脈沖信號(hào)發(fā)生器3的觸發(fā)源，信號(hào)發(fā)生器的延時(shí)根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)要求預(yù)先設(shè)定，保證在特定的要求時(shí)刻破膜。信號(hào)發(fā)生器3在設(shè)定的延遲時(shí)刻輸出脈沖信號(hào)， 作為脈沖高能點(diǎn)火器4的觸發(fā)源，點(diǎn)火器的輸出端連接自起動(dòng)模擬試驗(yàn)破膜裝置12的電阻絲。自起動(dòng)模擬試驗(yàn)破膜裝置12安裝于被測(cè)試高超聲速進(jìn)氣道11的下游，滌綸膜片16由夾膜構(gòu)件固定，其強(qiáng)度選定為足以抵抗風(fēng)洞來流的高壓沖擊，其背風(fēng)面安裝電阻絲17。利用該裝置的進(jìn)氣道自起動(dòng)試驗(yàn)的流程如下首先，激波風(fēng)洞開始運(yùn)行，由于進(jìn)氣道下游自起動(dòng)模擬試驗(yàn)破膜裝置12中的滌綸膜片16初始并不破膜，對(duì)進(jìn)氣道形成堵塞，進(jìn)氣道出現(xiàn)擬穩(wěn)定不起動(dòng)周期流態(tài)(穩(wěn)定工作時(shí)長(zhǎng)超過其周期)。在激波風(fēng)洞運(yùn)行時(shí)，P5區(qū)壓力探針2輸出壓力信號(hào)，同步觸發(fā)延時(shí)脈沖信號(hào)發(fā)生器3，在設(shè)定的延時(shí)(依據(jù)破膜時(shí)刻要求)后脈沖信號(hào)發(fā)生器3輸出脈沖信號(hào)觸發(fā)脈沖高能點(diǎn)火器4，點(diǎn)火器輸出高壓脈沖至電阻絲17，瞬間燒蝕破膜。此時(shí)進(jìn)氣道下游的堵塞消失，可利用紋影或壓力測(cè)量監(jiān)測(cè)進(jìn)氣道是否實(shí)現(xiàn)自起動(dòng)。經(jīng)過以上步驟，可以實(shí)現(xiàn)基于激波風(fēng)洞的高超聲速進(jìn)氣道的自起動(dòng)特性考核試驗(yàn)。本發(fā)明提出的自起動(dòng)試驗(yàn)裝置是對(duì)現(xiàn)有自起動(dòng)測(cè)試技術(shù)的補(bǔ)充，保證了利用激波風(fēng)洞開展自起動(dòng)試驗(yàn)的有效性及可重復(fù)性，拓展了激波風(fēng)洞的應(yīng)用。同時(shí)，該裝置簡(jiǎn)便易行，不需要復(fù)雜的裝備，也不需對(duì)進(jìn)氣道進(jìn)行額外的結(jié)構(gòu)改造，實(shí)現(xiàn)方法和零部件加工都較簡(jiǎn)單， 因此在工程應(yīng)用上不存在困難。
權(quán)利要求
1.一種基于激波風(fēng)洞的高超聲速進(jìn)氣道自起動(dòng)測(cè)試裝置，其特征在于，包括高超聲速進(jìn)氣道，設(shè)置在風(fēng)洞試驗(yàn)艙內(nèi)，所述高超聲速進(jìn)氣道的入口端與所述風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)艙的風(fēng)洞噴管相對(duì)；膜片，通過夾膜裝置安裝在所述高超聲速進(jìn)氣道的出口端； 電阻絲，設(shè)置在所述膜片上；延時(shí)點(diǎn)火裝置，在檢測(cè)到所述風(fēng)洞噴管的壓力信號(hào)時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的延時(shí)時(shí)間，對(duì)所述電阻絲導(dǎo)電，并將所述膜片燒蝕。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述延時(shí)點(diǎn)火裝置包括 皮托壓測(cè)量探針，設(shè)置在所述風(fēng)洞噴管上；延時(shí)脈沖信號(hào)發(fā)生器，檢測(cè)所述皮托壓測(cè)量探針輸出的壓力信號(hào)，當(dāng)檢測(cè)到有壓力信號(hào)輸出時(shí)，在設(shè)定的延遲時(shí)刻輸出脈沖信號(hào)；脈沖高能點(diǎn)火器，接收到所述延時(shí)脈沖信號(hào)發(fā)生器輸出的脈沖信號(hào)后，使所述電阻絲導(dǎo)電，從而將所述膜片燒蝕。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述膜片為滌綸膜片。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于激波風(fēng)洞的高超聲速進(jìn)氣道自起動(dòng)測(cè)試裝置，包括高超聲速進(jìn)氣道，設(shè)置在風(fēng)洞試驗(yàn)艙內(nèi)，所述高超聲速進(jìn)氣道的入口端與所述風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)艙的風(fēng)洞噴管相對(duì)；膜片，通過夾膜裝置安裝在所述高超聲速進(jìn)氣道的出口端；電阻絲，設(shè)置在所述膜片上；延時(shí)點(diǎn)火裝置，在檢測(cè)到所述風(fēng)洞噴管的壓力信號(hào)時(shí)，根據(jù)預(yù)設(shè)的延時(shí)時(shí)間，對(duì)所述電阻絲導(dǎo)電，并將所述膜片燒蝕。本發(fā)明解決了利用激波風(fēng)洞開展高超聲速進(jìn)氣道自起動(dòng)特性研究的試驗(yàn)手段問題，可模擬進(jìn)氣道不起動(dòng)階段的擬穩(wěn)定周期性流態(tài)，且具有足夠時(shí)長(zhǎng)，并在設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)考察進(jìn)氣道自起動(dòng)特性，保證了自起動(dòng)試驗(yàn)的有效性及可重復(fù)性。
文檔編號(hào)G01M15/04GK102507203SQ201110342078
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者岳連捷, 張新宇, 彭輝, 肖雅彬, 陳立紅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所