CN109765030A - 一种风洞热喷流干扰试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了风洞热喷流干扰试验装置。该装置包括通过金属管道顺序连接的供气***、储气罐和加热器,再通过柔性软管顺序连接至喷流发动机。供气***包括气源罐区、输气管道和调节控制阀门。储气罐内存储具有设定配比的试验气体。加热器为储热式加热器,加热器采用加热管、通气管道与储热块整体浇注的结构形式,加热器内部、出口及用气点分别设置热电偶,通过温控装置精准控制用气点温度。试验时,储气罐内的气体由减压器连锁控制进入加热器,再通过柔性软管及通气支杆流入喷流发动机驻室,驻室气体压力由减压器调节至目标值。本发明的风洞热喷流干扰试验装置适用于稀薄大气环境下的风洞热喷试验,具有操作简便,运行可靠的优点。
Description
技术领域
本发明属于风洞试验装置领域,具体涉及一种风洞热喷流干扰试验装置。
背景技术
喷流控制技术广泛应用于飞行器气动控制领域,与传统舵面控制相比,喷流控制具有全速域、全空域控制的特点,并且响应速度快、控制精度高。然而,喷流与来流的相互干扰是一种复杂的流动现象,目前的研究还不够深入。
目前,研究人员大都进行冷喷流干扰试验研究,热喷流干扰试验研究甚少,原因在于现有的固体装药火箭发动机模拟真实喷流发动机存在喷流驻室压力不稳、效率低、有效试验时间短等问题。并且在稀薄大气环境下的热喷流模拟试验研究领域几乎处于空白状态。
随着喷流控制技术在飞行器中的大量应用及喷流控制精度要求的不断提高,热喷流干扰风洞试验需求也不断增强。
当前,亟需开展稀薄大气环境下的热喷流干扰效应研究并发展相关试验装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种风洞热喷流干扰试验装置。
本发明的风洞热喷流干扰试验装置,其特点是,所述的装置包括通过金属管道顺序连接的供气***、储气罐和加热器,再通过柔性软管顺序连接的喷流发动机;
所述的供气***包括两路气路,一路气路为CF4气路,CF4气路的前端包括多个并联的CF4气罐,每个CF4气罐上连接有一个阀门,CF4气路的后端连接减压阀、膜压机Ⅰ后通入储气罐;另一路气路为N2气路,N2气路的前端包括多个并联的N2气罐,每个N2气罐上连接有一个阀门,N2气路的后端连接减压阀、膜压机Ⅱ后通入储气罐;减压阀的前后均安装有压力传感器测量管道压力。通过控制阀门开闭来选择试验用气,当需要用混合气体时,每种气体按顺序依次流入膜压机增压后进入储气罐。通过控制气体充入储气罐的压力来控制气体的配比;
所述的加热器包括电热管、接线盒、加热器壳体和电热管安装板,电热管安装板上安装有多组电热管,多组电热管***加热器壳体中,电热管安装板上还安装有接线盒,接线盒通过外接电源为电热管供电;加热器壳体的下部开有进气口,加热器壳体的上部开有出气口;
所述的金属管道为中空管道,中空管道的中心为气路管道,中空管道的内层为电加热丝,中空管道的中间层为隔热内衬套以减小气体热量扩散和金属管道温度的升高,中空管道的外层为金属外套;金属管道两端安装有连接法兰Ⅰ;
所述的柔性软管为柔软的中空管道,中空管道的中心为不锈钢波纹软管,中空管道的内层为保温套管,中空管道的中间层为电加热丝,中空管道的外层为不锈钢编织网,柔性软管两端安装有连接法兰Ⅱ;
所述的连接法兰Ⅰ与连接法兰Ⅱ连接后,气路管道的气流通入柔性软管的不锈钢波纹软管,随后流入风洞试验段,然后经过天平支杆流入喷流发动机;
所述的喷流发动机包括喷流发动机壳体、喷管和驻室,喷流发动机壳体内的空腔为驻室,驻室的入口处开有喷流发动机进气口,驻室的出口处安装有喷管。喷管按照面积比进行设计,以保证喷流出口的马赫数。喷流发动机与天平隔离,不能产生干涉,以防止试验过程中喷流发动机对天平测力产生影响;
所述的模压机Ⅰ和模压机Ⅱ前的金属管道内的气压范围为0.5~14MPa,模压机Ⅰ和模压机Ⅱ的出口压力为14.2MPa;
所述的加热器的内部和出气口安装有热电偶,通过温控装置精准控制用气点温度。
所述的电热管内部填充有氧化镁粉,用于保证与电热丝绝缘;
所述的加热器内部填充有储热块,储热块的材料为铸钢,加热器的外部包裹有市售的保温隔热材料以减小储热块热量损失;
本发明风洞热喷流干扰试验装置,试验有效运行时间≥30s,喷流总压≤10MPa,喷流流量≤0.25kg/s,适用于稀薄大气环境下的热喷流干扰试验,具有操作简便,运行可靠的优点。
附图说明
图1为本发明的风洞热喷流干扰试验装置的示意图;
图2为本发明的风洞热喷流干扰试验装置中的供气***示意图;
图3为本发明的风洞热喷流干扰试验装置中的加热器示意图;
图4为本发明的风洞热喷流干扰试验装置中的金属管道示意图;
图5为本发明的风洞热喷流干扰试验装置中的柔性软管示意图;
图6为本发明的风洞热喷流干扰试验装置中的喷流发动机示意图;
图7为本发明的风洞热喷流干扰试验装置安装示意图;
图中,1.供气*** 2.储气罐 3.加热器 4.金属管道 5.柔性软管 6.喷流发动机 7.模型 8.喷嘴 9.天平 10.通气支杆 11.天平支杆;
101.CF4气罐 102.N2气罐 103.阀门 104.压力传感器 105.减压阀 106.模压机Ⅰ107.模压机Ⅱ;
301.电热管 302.进气口 303.出气口 304.接线盒 305.加热器壳体 306.电热管安装板;
401.气路管道 402.金属外套 403.隔热内衬套 404.电加热丝 405.连接法兰Ⅰ;
501.不锈钢波纹软管 502.不锈钢编织网 503.保温套管 504.连接法兰Ⅱ;
601.喷流发动机壳体 602.喷管 603.驻室 604.喷流发动机进气口。
具体实施方案
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
如图1所示,本发明的风洞热喷流干扰试验装置包括通过金属管道4顺序连接的供气***1、储气罐2和加热器3,再通过柔性软管5顺序连接的喷流发动机6;
如图2所示,所述的供气***1包括两路气路,一路气路为CF4气路,CF4气路的前端包括多个并联的CF4气罐101,每个CF4气罐101上连接有一个阀门103,CF4气路的后端连接减压阀105、膜压机Ⅰ106后通入储气罐2;另一路气路为N2气路,N2气路的前端包括多个并联的N2气罐102,每个N2气罐102上连接有一个阀门103,N2气路的后端连接减压阀105、膜压机Ⅱ107后通入储气罐2;减压阀105的前后均安装有压力传感器104测量管道压力;
如图3所示,所述的加热器3包括电热管301、接线盒304、加热器壳体305和电热管安装板306,电热管安装板306上安装有多组电热管301,多组电热管301***加热器壳体305中,电热管安装板306上还安装有接线盒304,接线盒304通过外接电源为电热管301供电;加热器壳体305的下部开有进气口302,加热器壳体305的上部开有出气口303;
如图4所示,所述的金属管道4为中空管道,中空管道的中心为气路管道401,中空管道的内层为电加热丝404,中空管道的中间层为隔热内衬套403,中空管道的外层为金属外套402;金属管道4两端安装有连接法兰Ⅰ405;
如图5所示,所述的柔性软管5为柔软的中空管道,中空管道的中心为不锈钢波纹软管501,中空管道的内层为保温套管503,中空管道的中间层为电加热丝404,中空管道的外层为不锈钢编织网502,柔性软管5两端安装有连接法兰Ⅱ504;
所述的连接法兰Ⅰ405与连接法兰Ⅱ504连接后,气路管道401的气流通入柔性软管5的不锈钢波纹软管501;
如图6所示,所述的喷流发动机6包括喷流发动机壳体601、喷管602和驻室603,喷流发动机壳体601内的空腔为驻室603,驻室603的入口处开有喷流发动机进气口604,驻室603的出口处安装有喷管602;
所述的模压机Ⅰ106和模压机Ⅱ107前的金属管道4内的气压范围为0.5~14MPa,模压机Ⅰ106和模压机Ⅱ107的出口压力为14.2MPa;
所述的加热器3的内部和出气口303安装有热电偶;
所述的电热管301内部填充有氧化镁粉;
所述的加热器3内部填充有储热块,储热块的材料为铸钢,加热器3的外部包裹有市售的保温隔热材料。
实施例1
本实施例的具体工作过程如下:
1.试验前准备
安装好各输气管道、确保水电气供应正常并对各设备进行检查。
2.安装试验模型
如图7所示,先将天平支杆11安装在风洞弯刀机构上,再将天平9、模型7及喷流发动机安装在天平支杆11上,通气支杆10位于天平支杆11的内部,通气支杆10与天平支杆11同轴,通气支杆10的前端与喷流发动机进气口604相连。
试验时,储气罐内的气体经通气支杆10进入喷流发动机6后经喷嘴8喷出模型,安装过程中要注意调整模型7与喷嘴8之间的间隙,模型7与喷嘴8之间不能产生干涉,以避免喷流作用力对天平测力产生影响。
3.开展模型试验
通过控制CF4气罐101和N2气罐102的阀门103开闭来选择试验用气,试验用气包括CF4和N2,当需要用混合气体时,每种气体按顺序依次流入模压机Ⅰ106和模压机Ⅱ107增压后进入储气罐2。通过控制CF4和N2气体充入储气罐2的压力来控制混合气体的配比。
储气罐2内气体进入预热后的加热器3。
试验用气经加热器3加热后通过天平支杆11流入喷流发动机6的驻室后喷出,待风洞流场稳定后,开始测量模型7的气动力。
Claims (5)
1.一种风洞热喷流干扰试验装置,其特征在于,所述的装置包括通过金属管道(4)顺序连接的供气***(1)、储气罐(2)和加热器(3),再通过柔性软管(5)顺序连接的喷流发动机(6);
所述的供气***(1)包括两路气路,一路气路为CF4气路,CF4气路的前端包括多个并联的CF4气罐(101),每个CF4气罐(101)上连接有一个阀门(103),CF4气路的后端连接减压阀(105)、膜压机Ⅰ(106)后通入储气罐(2);另一路气路为N2气路,N2气路的前端包括多个并联的N2气罐(102),每个N2气罐(102)上连接有一个阀门(103),N2气路的后端连接减压阀(105)、膜压机Ⅱ(107)后通入储气罐(2);减压阀(105)的前后均安装有压力传感器(104)测量管道压力;
所述的加热器(3)包括电热管(301)、接线盒(304)、加热器壳体(305)和电热管安装板(306),电热管安装板(306)上安装有多组电热管(301),多组电热管(301)***加热器壳体(305)中,电热管安装板(306)上还安装有接线盒(304),接线盒(304)通过外接电源为电热管(301)供电;加热器壳体(305)的下部开有进气口(302),加热器壳体(305)的上部开有出气口(303);
所述的金属管道(4)为中空管道,中空管道的中心为气路管道(401),中空管道的内层为电加热丝(404),中空管道的中间层为隔热内衬套(403),中空管道的外层为金属外套(402);金属管道(4)两端安装有连接法兰Ⅰ(405);
所述的柔性软管(5)为柔软的中空管道,中空管道的中心为不锈钢波纹软管(501),中空管道的内层为保温套管(503),中空管道的中间层为电加热丝(404),中空管道的外层为不锈钢编织网(502),柔性软管(5)两端安装有连接法兰Ⅱ(504);
所述的连接法兰Ⅰ(405)与连接法兰Ⅱ(504)连接后,气路管道(401)的气流通入柔性软管(5)的不锈钢波纹软管(501);
所述的喷流发动机(6)包括喷流发动机壳体(601)、喷管(602)和驻室(603),喷流发动机壳体(601)内的空腔为驻室(603),驻室(603)的入口处开有喷流发动机进气口(604),驻室(603)的出口处安装有喷管(602)。
2.根据权利要求1所述的风洞热喷流干扰试验装置,其特征在于,所述的模压机Ⅰ(106)和模压机Ⅱ(107)前的金属管道(4)内的气压范围为0.5~14MPa,模压机Ⅰ(106)和模压机Ⅱ(107)的出口压力为14.2MPa。
3.根据权利要求1所述的风洞热喷流干扰试验装置,其特征在于,所述的加热器(3)的内部和出气口(303)安装有热电偶。
4.根据权利要求1所述的风洞热喷流干扰试验装置,其特征在于,所述的电热管(301)内部填充有氧化镁粉。
5.根据权利要求1所述的风洞热喷流干扰试验装置,其特征在于,所述的加热器(3)内部填充有储热块,储热块的材料为铸钢,加热器(3)的外部包裹有市售的保温隔热材料。
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