CN103135624B - 一种带引射功能的暂冲式超声速风洞控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带引射功能的暂冲式超声速风洞控制方法，该方法为：风洞启动时，首先将引射器集气室总压调节至工作总压，之后将稳定段总压调节至风洞试验运行总压值，然后关闭引射器进行风洞试验；完成规定试验项目后，保持稳定段总压值不变，并开启引射器将集气室总压闭环调节至工作总压值，然后截断气流将稳定段总压降至给定关车总压值之后关闭引射器，完成整个吹风试验过程。采用本发明提供的运行控制方法可以显著减小风洞启动/关车过程中的冲击载荷，确保模型、天平及风洞系统的安全；并可以有效减小天平设计时对其强度和刚度的需求，能够提升天平的灵敏度，提高天平测量的精准度和试验数据的质量。

Description

一种带引射功能的暂冲式超声速风洞控制方法

技术领域

本发明涉及超声速风洞流场控制领域，该发明适用于具有引射器独立供气、能快速开启/关闭且能对引射器集气室总压进行闭环控制的暂冲式超声速风洞。

背景技术

暂冲式超声速风洞在启动时，为了迅速建立超声速流场，缩短正激波通过试验段时造成模型强烈振动的时间，通常是快速开启主进气阀门提升风洞启动总压（启动总压大于运行总压），将正激波推出试验段，待流场建立后再将其降至运行总压以节省能源；出于上述相同的目的，在风洞关车过程中，也采用快速关闭主进气阀门的方法，完成整个风洞的吹风试验流程。但是在启动/关车过程中，当正激波穿过试验段时，由于气流严重分离，在模型上下翼面形成强烈的非对称流动，产生较大的冲击载荷，引起模型的剧烈振动，严重威胁到模型、天平及风洞系统的安全。

为了降低暂冲式超声速风洞启动/关车过程中模型所受到的冲击载荷，国内外通常采用以下几种方法：一是在风洞启动/关车过程中对模型增加辅助支撑装置，以增强其强度和刚度；二是采用投放方式，在风洞启动/关车过程中，将试验模型收入驻室内，待流场建立后再将模型投出；三是增大天平几何尺寸，增强其结构的强度和刚度，增加其抗冲击能力。上述方法在保证模型安全方面有一定的效果，但是也都存在一定的局限性。一是对模型增加辅助装置的方法，如何有效实现装置的收放、密封以及消除对超声速流场的干扰方面存在较大难度；二是采用投放方式对细长体、小载荷模型具有明显优势，对于大翼展、大载荷模型则难以实现；三是增大天平几何尺寸方式，在增加天平的强度和刚度的同时，明显降低了天平的灵敏度，难以实现对模型所受气动力的精确测量，降低了风洞试验数据质量。

对于暂冲式超声速风洞如何更有效地减小风洞启动/关车过程中模型所受冲击载荷国内外文献也未提及其它更好的方法。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种带引射功能的暂冲式超声速风洞控制方法，该方法在给定马赫数下，通过降低正激波穿过试验段时风洞的总压，以减小风洞启动/关车过程中模型所受的冲击载荷。

本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：

一种带引射功能的暂冲式超声速风洞控制方法，用于引射器独立供气的超声速风洞，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）风洞启动时，首先开启引射器阀门将集气室总压调节至集气室工作总压，然后开启主进气阀门，将稳定段总压调节至风洞试验运行总压值，最后关闭引射器阀门；

（2）进行风洞试验；

（3）试验完成后，保持稳定段总压在风洞试验运行总压值，然后将模型迎角回零，再然后开启引射器阀门，将集气室总压闭环调节至集气室工作总压，再然后关闭主进气阀门，当风洞运行总压降至给定关车总压值时，关闭引射器阀门，控制结束。

优选的，步骤（1）中所述的首先开启引射器阀门将集气室总压调节至集气室工作总压通过抽真空的方式有效降低超声速风洞流场建立所需的反压。

优选的，步骤（3）中所述的将集气室总压调节至集气室工作总压是通过闭环控制调节达到。

优选的，步骤（3）中所述的给定关车总压值的确认方法为：根据试验段侧壁静压参考点监测的正激波返回时刻对应稳定段总压值作为给定关车总压值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明在暂冲式超声速风洞常规运行控制方式的基础上，将超扩段后部可独立控制的引射器采用不同时序投入运行，可以显著降低引射器前方来流的反压；

2、本发明同常规暂冲式超声速风洞运行控制方式相比，在保持相同运行压比的条件下，可以大大降低正激波通过试验段时的稳定段总压，从而显著减小风洞启动/关车过程中模型所受冲击载荷，保证了模型、天平及风洞系统的安全；

3、随着模型所受冲击载荷的下降，还能有效降低对模型、天平及支撑系统强度、刚度的要求，有利于提高天平的灵敏度以及风洞试验数据的质量。

附图说明

图1是暂冲式超声速风洞常规方式下启动/关车总压分布示意图；

图2是暂冲式超声速风洞采用本发明的启动/关车总压分布示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一般风洞洞体主要由大开角扩散段、稳定段、挠性壁喷管段、试验段、超声速扩散段、引射器、亚声速扩散段以及排气消声塔等部段组成。

本发明一种带引射功能的暂冲式超声速风洞控制方法，是用于引射器独立供气的超声速风洞。其方法包括以下步骤：

步骤一：根据风洞调试结果，确定引射器安全运行时集气室工作总压的上限值                                               =800kPa，给定关车总压值=250kPa；

步骤二：风洞启动阶段：对于M=4.0，（M表示马赫数）首先打开引射器阀门，将集气室总压调节至=800kPa；然后开启主进气阀门，将稳定段总压闭环调节至风洞试验运行总压值=1000kPa并稳定后，关闭引射器阀门，进行风洞试验；此时，正激波穿过试验段时总压由传统的658kPa降低至335kPa，如图1和图2所示。可见，本发明能在保持相同运行压比的条件下，大大降低正激波通过试验段时的稳定段总压，从而显著减小风洞启动/关车过程中模型所受冲击载荷，保证了模型、天平及风洞系统的安全；

步骤三：进行风洞试验；

步骤四：风洞关车阶段：当完成既定试验流程且模型迎角回零后，开启引射器阀门并将集气室总压闭环控制调节至给定值=800kPa时，关闭风洞主进气阀门，当风洞运行总压降至给定关车总压值=250kPa时，关闭引射器阀门，完成吹风全过程。

关于关车压力值的确定：关车时，引射器投入使用，能够对其前方来流产生抽吸作用，以降低反压，进而降低正激波通过试验段时的稳定段总压。在关车过程中，当小于对应M数的压比时，风洞流场将重新恢复成亚声速流场，因主进气阀门已关闭，此时如果引射器一直保持开启状态，稳定段气流压强会被抽成较低的负压，当关闭引射器时，由于环境压强大于稳定段压强，气流会从排气管道逆流进入稳定段内，严重时会损坏稳定段内阻尼网等内构件。为了防止类似安全事故的发生，既要保证引射器关闭时刻正激波回退时尽量小，以减小冲击载荷，又要保证引射器关闭后稳定段内气流具有足够的压强，防止气流存在较大压差造成逆流破坏稳定段内构件，因此通常根据试验段侧壁静压参考点监测正激波返回时刻对应稳定段总压值作为关车压强。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种带引射功能的暂冲式超声速风洞控制方法，用于引射器独立供气的超声速风洞，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）风洞启动时，首先开启引射器阀门将集气室总压调节至集气室工作总压，然后开启主进气阀门，将稳定段总压调节至风洞试验运行总压值，最后关闭引射器阀门；

（2）进行风洞试验；

（3）试验完成后，保持稳定段总压在风洞试验运行总压值，然后将模型迎角回零，再然后开启引射器阀门，将集气室总压闭环调节至集气室工作总压，再然后关闭主进气阀门，当风洞稳定段总压降至给定关车总压值时，关闭引射器阀门，完成风洞吹风试验，控制结束。

2.根据权利要求1所述的一种带引射功能的暂冲式超声速风洞控制方法，其特征在于，步骤（1）中所述的首先开启引射器阀门将集气室总压调节至集气室工作总压通过抽真空的方式有效降低超声速风洞流场建立所需的反压。

3.根据权利要求1所述的一种带引射功能的暂冲式超声速风洞控制方法，其特征在于，步骤（3）中所述的将集气室总压调节至集气室工作总压是通过闭环控制调节达到。

4.根据权利要求1所述的一种带引射功能的暂冲式超声速风洞控制方法，其特征在于，步骤（3）中所述的给定关车总压值的确认方法为：根据试验段侧壁静压参考点监测的正激波返回时刻对应稳定段总压值作为给定关车总压值。