本發(fā)明涉及一種大口徑管式靜風洞加熱系統(tǒng)及調(diào)試方法，屬于風洞試驗。

背景技術(shù)：

1、為了模擬飛行器高速飛行時的低噪聲流場環(huán)境，必須研制靜風洞作為地面試驗模擬設(shè)備。在靜風洞設(shè)計中，采用管式結(jié)構(gòu)的靜風洞具有很長的驅(qū)動段，用于存儲試驗氣體，試驗前氣體在驅(qū)動段中加熱，試驗過程中驅(qū)動段內(nèi)氣體向下游經(jīng)過噴管產(chǎn)生流場。消除了常規(guī)風洞結(jié)構(gòu)中多級閥門開關(guān)帶來的氣動噪聲，從結(jié)構(gòu)上降低來流噪聲的引入，達到抑制噴管壁面邊界層轉(zhuǎn)捩的目的，極大提高了獲得靜流場的可能性。

2、管式靜風洞中，增大風洞噴管口徑，需要增大驅(qū)動段整體尺寸，大口徑驅(qū)動段內(nèi)部氣體在徑向上受重力影響，軸向上長度很大，溫度分布會產(chǎn)生差異。靜風洞需要溫度均勻的試驗氣體，從而減少溫度場變化對噴管出口流場均勻性的影響，又由于管式靜風洞運行方式需要將試驗氣體存儲在幾十米長的驅(qū)動段內(nèi)，內(nèi)部不能存在任何設(shè)備干擾流場運行，目前還沒有方法確定加熱時管內(nèi)氣體溫度具體分布情況。為了實現(xiàn)大口徑管式靜風洞試驗氣體的加熱，同時保證加熱均勻性，提出一種管式靜風洞加熱系統(tǒng)和其調(diào)試方法，從外部加熱管內(nèi)氣體，不影響管內(nèi)流動，同時調(diào)試外部加熱器工作過程與參數(shù)設(shè)計，保證試驗溫度要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決了靜風洞內(nèi)部氣體溫度不均勻、不滿足溫度要求的問題。

2、本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種大口徑管式靜風洞加熱系統(tǒng)，包括驅(qū)動段、分布式加熱器、電力調(diào)整器、主控系統(tǒng)、保溫套、溫度傳感器；

4、所述分布式加熱器為電加熱器，設(shè)有若干個，均勻布置在驅(qū)動段外側(cè)，外側(cè)整體包裹保溫套，每個加熱器采用電力調(diào)整器供電并控制功率，電力調(diào)整器通過溫度反饋調(diào)節(jié)，加熱系統(tǒng)所有參數(shù)上傳到主控系統(tǒng)并由其發(fā)出指令；

5、溫度傳感器用于測量驅(qū)動段內(nèi)部和外側(cè)的溫度。

6、結(jié)合第一方面，本發(fā)明一實施例中，驅(qū)動段由相同的多段管體組成，每兩段管體間采用法蘭連接；分布式加熱器的形狀與驅(qū)動段外徑尺寸匹配，且緊貼驅(qū)動段外壁，周向上分為4個區(qū)域，分別位于上下左右，分布式加熱器周向連接處設(shè)置伸縮縫，用于抵消溫度變化帶來的尺寸變化，伸縮縫大小根據(jù)驅(qū)動段管體直徑與加熱溫度設(shè)置。

7、結(jié)合第一方面，本發(fā)明一實施例中，伸縮縫大小取0.01倍的管體直徑。

8、結(jié)合第一方面，本發(fā)明一實施例中，分布式加熱器沿軸向根據(jù)每段驅(qū)動段的法蘭和抱箍分段。

9、結(jié)合第一方面，本發(fā)明一實施例中，分布式加熱器外部安裝保溫套，保溫套采用半圓形扣制安裝，完整覆蓋分布式加熱器以及驅(qū)動段。

10、結(jié)合第一方面，本發(fā)明一實施例中，每個分布式加熱器由獨立的電力調(diào)整器供電并進行功率控制，電力調(diào)整器接收外壁面溫度傳感器溫度反饋進行調(diào)節(jié)，主控系統(tǒng)通過plc記錄所有參數(shù)并發(fā)出指令。

11、結(jié)合第一方面，本發(fā)明一實施例中，該大口徑管式靜風洞加熱系統(tǒng)還包括測溫排架、支架圓環(huán)；

12、溫度傳感器安裝在測溫排架，測溫排架安裝在支架圓環(huán)里，支架圓環(huán)安裝在驅(qū)動段兩段管體連接法蘭之間，用于調(diào)試過程中獲取管體內(nèi)部的溫度。

13、第二方面，本發(fā)明提供一種基于第一方面所述大口徑管式靜風洞加熱系統(tǒng)的調(diào)試方法，包括：

14、步驟1，溫度傳感器分別安裝在驅(qū)動段外壁面和測溫排架上，測溫排架安裝在支架圓環(huán)里，支架圓環(huán)安裝在驅(qū)動段的某兩段管體連接法蘭之間；

15、步驟2，確認驅(qū)動段各連接處氣密性，驅(qū)動段管內(nèi)充入試驗所需氣體，設(shè)定加熱溫度，開始加熱；

16、步驟3，通過主控系統(tǒng)實時采集驅(qū)動段外壁面和內(nèi)部氣體溫度，根據(jù)內(nèi)部氣體溫度分布情況，調(diào)節(jié)周向不同位置分布式加熱器的功率，減小驅(qū)動段內(nèi)部氣體溫差，直到滿足試驗要求，主控系統(tǒng)記錄此時外壁面溫度、氣體溫度和各分布式加熱器的功率；

17、步驟4，將支架圓環(huán)和測溫排架整體拆下安裝在驅(qū)動段下一處兩段管體連接法蘭之間，設(shè)定相同加熱溫度，采用步驟的方法調(diào)節(jié)各分布式加熱器的功率，以此類推完成每段驅(qū)動段管體所對應(yīng)的分布式加熱器功率，拆除支架圓環(huán)；

18、步驟5，對比每次測量結(jié)果，形成驅(qū)動段外壁面溫度與內(nèi)部氣體溫度對應(yīng)關(guān)系，后續(xù)設(shè)定試驗氣體溫度，反推驅(qū)動段外壁面溫度，分布式加熱器在電力調(diào)整器控制下自動調(diào)節(jié)加熱驅(qū)動段內(nèi)部氣體到試驗所需溫度。

19、結(jié)合第二方面，本發(fā)明一實施例中，所述測溫排架測點分布在管體內(nèi)部空腔截面直徑上，沿上下左右各布置5個點，外壁面和測溫排架上的溫度傳感器位于同一軸向截面。

20、本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果：

21、(1)本發(fā)明通過分布式加熱元件對驅(qū)動段金屬管體直接加熱，加熱元件與風洞試驗氣體不接觸，實現(xiàn)靜風洞來流氣體純凈無雜質(zhì)、氣體溫度分布均勻、流場穩(wěn)定。

22、(2)本發(fā)明通過分布式加熱器獨立控制加熱，加熱器周向間設(shè)置伸縮縫消除加熱膨脹帶來的熱應(yīng)力影響，延長加熱器使用壽命。

23、(3)本發(fā)明通過分布式加熱器獨立控制加熱，保溫層全覆蓋，實現(xiàn)精確控制加熱過程，溫度空間分布可調(diào)，同時降低了風洞能量耗散。

24、(4)本發(fā)明通過可重復拆卸排架測量管內(nèi)氣體溫度同加熱器功率溫度關(guān)系，不影響驅(qū)動段管內(nèi)表面，且可在驅(qū)動段各連接處使用，節(jié)約成本同時保證測量設(shè)備的一致性。

25、(5)本發(fā)明通過記錄加熱過程中內(nèi)部氣體溫度與外部壁面加熱器溫度隨時間變化規(guī)律，擬合兩者關(guān)系，得到風洞試驗時加熱器參數(shù)設(shè)置。

26、(6)本發(fā)明加熱系統(tǒng)調(diào)試時采用可重復拆裝支架，不破壞驅(qū)動段內(nèi)表面，逐段測試得到試驗氣體溫度和加熱器運行關(guān)系，最終實現(xiàn)加熱系統(tǒng)的運行調(diào)控。

技術(shù)特征：

1.一種大口徑管式靜風洞加熱系統(tǒng)，其特征在于，包括驅(qū)動段(1)、分布式加熱器(2)、電力調(diào)整器(3)、主控系統(tǒng)(4)、保溫套(5)、溫度傳感器(6)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑管式靜風洞加熱系統(tǒng)，其特征在于，驅(qū)動段(1)由相同的多段管體組成，每兩段管體間采用法蘭連接；分布式加熱器(2)的形狀與驅(qū)動段(1)外徑尺寸匹配，且緊貼驅(qū)動段(1)外壁，周向上分為4個區(qū)域，分別位于上下左右，分布式加熱器(2)周向連接處設(shè)置伸縮縫，用于抵消溫度變化帶來的尺寸變化，伸縮縫大小根據(jù)驅(qū)動段管體直徑與加熱溫度設(shè)置。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大口徑管式靜風洞加熱系統(tǒng)，其特征在于，伸縮縫大小取0.01倍的管體直徑。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑管式靜風洞加熱系統(tǒng)，其特征在于，分布式加熱器(2)沿軸向根據(jù)每段驅(qū)動段(1)的法蘭和抱箍分段。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑管式靜風洞加熱系統(tǒng)，其特征在于，分布式加熱器(2)外部安裝保溫套(5)，保溫套(5)采用半圓形扣制安裝，完整覆蓋分布式加熱器(2)以及驅(qū)動段(1)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑管式靜風洞加熱系統(tǒng)，其特征在于，每個分布式加熱器(2)由獨立的電力調(diào)整器(3)供電并進行功率控制，電力調(diào)整器(3)接收外壁面溫度傳感器(6)溫度反饋進行調(diào)節(jié)，主控系統(tǒng)(4)通過plc記錄所有參數(shù)并發(fā)出指令。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大口徑管式靜風洞加熱系統(tǒng)，其特征在于，該大口徑管式靜風洞加熱系統(tǒng)還包括測溫排架(7)、支架圓環(huán)(8)；

8.一種基于權(quán)利要求7所述大口徑管式靜風洞加熱系統(tǒng)的調(diào)試方法，其特征在于，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的調(diào)試方法，其特征在于，所述測溫排架(7)測點分布在管體內(nèi)部空腔截面直徑上，沿上下左右各布置5個點，外壁面和測溫排架(7)上的溫度傳感器(6)位于同一軸向截面。

技術(shù)總結(jié)
一種大口徑管式靜風洞加熱系統(tǒng)及調(diào)試方法，解決了靜風洞內(nèi)部氣體溫度不均勻、不滿足溫度要求的問題，屬于風洞試驗技術(shù)領(lǐng)域。大口徑管式靜風洞加熱系統(tǒng)，包括驅(qū)動段、分布式加熱器、電力調(diào)整器、主控系統(tǒng)、保溫套、溫度傳感器；所述分布式加熱器為電加熱器，設(shè)有若干個，均勻布置在驅(qū)動段外側(cè)，外側(cè)整體包裹保溫套，每個加熱器采用電力調(diào)整器供電并控制功率，電力調(diào)整器通過溫度反饋調(diào)節(jié)，加熱系統(tǒng)所有參數(shù)上傳到主控系統(tǒng)并由其發(fā)出指令；溫度傳感器用于測量驅(qū)動段內(nèi)部和外側(cè)的溫度。

技術(shù)研發(fā)人員：肖翔,紀鋒,屈振樂,蔣博,李睿劬,劉陽,肖子驍,沙心國
受保護的技術(shù)使用者：中國航天空氣動力技術(shù)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21