一種用於暫衝式亞跨超風洞亞跨流場引射開車的方法與流程
2023-05-15 15:34:37
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本發明涉及一種用於暫衝式亞跨超風洞亞跨流場引射開車的方法,屬於風洞試驗領域。
背景技術:
風洞是空氣動力學研究和試驗中最廣泛使用的工具,風洞試驗是飛行器研製工作中的一個不可缺少的部分。AT-1風洞是一款典型的暫衝式亞跨超風洞,其結構如附圖1所示,包括主管道(1)、阻尼濾網(2)、前室(3)、噴管(4)、試驗段(5)、超聲速擴散段(6)、吸入式引射器(7)、亞聲速擴散段(8)、排氣節流閥(9)、增量引射器(10)、引射器調壓閥(11)、主調壓閥(12)、旁路閥(13)、啟動閥(14)、氣源總閥(15)、氣源(16)、消音塔(17)。通常情況下,亞跨馬赫數0.4~1.2吹風時前室總壓較低,為了節省能源,此時會打開增量引射器,循環使用一部分廢氣,僅打開主調壓閥(12)採用衝壓的方式配合廢氣循環即可完成吹風試驗,亞跨吹風時不使用吸入式引射器(7)。超音速試驗時增量引射器(10)關閉,不再使用廢氣。M1.5比較特殊,通常是只打開主調壓閥(12)直接採用衝壓方式開車。馬赫數1.75~2.5吹風有兩種方式,採用衝壓方式開車時,無需使用引射器調壓閥(11)控制的吸入式引射器(7);如果為了降低前室總壓,也可以採用衝壓加引射的方式,同時使用主調壓閥(12)和吸入式引射器(7)。馬赫數3.0~4.5吹風試驗前室總壓較高,為了降低衝擊防止模型劇烈抖動,迅速建立流場,需要使用引射器調壓閥(11)控制的吸入式引射器,配合主調壓閥(12)使用,這種開車方式叫衝壓加引射。
即便AT-1風洞有如此多的開車方式,亞跨吹風時使用的都是衝壓方式開車,但面對外形日益複雜的飛行器,在小口徑風洞進行亞跨吹風試驗時也面臨著很大的挑戰,例如大升力面大阻塞比的飛機模型,試驗時很有可能出現流場難以建立或者載荷超出天平量程的情況,嚴重時可導致吹風失敗,試驗無法完成。
技術實現要素:
本發明的目的在於克服現有技術的不足,提供一種新的開車方式,解決亞跨吹風試驗過程中前室壓力大載荷過大以及複雜模型流場難以建立的問題。
本發明目的通過如下技術方案予以實現:
提供一種用於暫衝式亞跨超風洞亞跨流場引射開車的方法,包括如下步驟:
(1)開啟氣源總閥(15),把增量引射器(10)完全打開;
(2)關閉主調壓閥(12);
(3)把引射器調壓閥(11)打開到相應的預給位置;
(4)打開啟動閥(14),開始吹風試驗;
(5)流場穩定之後,進行數據採集;
(6)吹風試驗完成,先關閉啟動閥(14),再關閉引射器調壓閥(11)。
優選的,預給位置的確定方法如下:
(1)對積累的歷史吹風數據進行曲面擬合,獲得氣源壓力Y,馬赫數X和引射器調壓閥開度z的關係式,其中m為X的階次,n為Y的階次;
(2)根據當前氣源壓力和本次試驗的馬赫數,代入關係式,獲得引射器調壓閥的開度作為預給位置。
本發明與現有技術相比具有如下優點:
(1)本發明提供的一種用於暫衝式亞跨超風洞亞跨流場引射開車的新方法,改變了傳統亞跨超風洞不單獨使用引射器調壓閥進行引射開車的習慣,通過控制引射器調壓閥進行引射開車可以降低前室總壓,有效減小載荷,避免模型碰支杆和載荷超出天平量程情況的發生,使得某些特殊模型亞跨吹風試驗由不可能變成可能,大大拓展了風洞的試驗能力;
(2)本發明通過預先設置引射器調壓閥(11)的預給位置,減少建立流場所需時間,迅速建立所需流場,降低了氣源的使用量,實現了通過控制引射器調壓閥(11)實現亞跨流場引射開車;
(3)本發明通過循環利用廢氣,進一步降低氣源的使用量,實現了將引射開車方式應用於亞跨吹風試驗。
附圖說明
圖1為為AT-1風洞的結構圖;
圖2為本發明開車方法的流程圖。
具體實施方式
本發明基於暫衝式亞跨超風洞的結構特點,在亞跨吹風試驗時,尤其是0.8~1.2這些高馬赫數吹風,碰到比如大升力面的飛機模型,為了降低載荷保證實驗順利完成,受超音速衝壓引射開車方式的啟發,創造了亞跨流場引射開車的方法。
鑑於AT-1風洞的特點,在傳統的亞跨風洞試驗衝壓開車方式下,主調壓閥(12)打開速度較慢,而啟動閥(14)可以快速打開。進行吹風試驗時,一般先開啟氣源總閥(15),根據經驗值將主調壓閥(12)開到合適的預給位置,然後打開啟動閥(14),即可迅速建立流場。傳統的衝壓開車方式,未開啟引射器調壓閥(11),對前室進行減壓。對於複雜外形的模型,純粹的靠增加前室(3)的壓力來建立亞跨流場,有可能會出現載荷過大超出天平量程,發生損壞天平和模型的危險。
本發明用於暫衝式亞跨超風洞亞跨流場引射開車的方法,參見圖2,包括如下步驟:
(1)開啟氣源總閥(15),把增量引射器(10)完全打開,保證吹風時廢氣可以通過主管路進入前室,達到循環利用廢氣,降低能耗的目的。增量引射器(10)打開後亞聲速擴散段(8)和主管道(1)相通,亞聲速擴散段(8)中的廢氣可以進入主管道(1),經主管道(1)進入前室(3)和試驗段(5)。
(2)為了實現引射開車,需要保證控制系統控制流場只自動調節前室(3)總壓,進而調節試驗段(5)流場的馬赫數,因此要保證主調壓閥(12)處於關閉狀態,關閉主調壓閥(12),使主管路(1)的氣流不受主調壓閥(12)的影響。
(3)根據當前的氣源壓力和本次試驗的馬赫數把引射器調壓閥(11)打開到相應的預給位置,預給位置可以通過數據擬合得到,X代表馬赫數,Y代表氣源壓力,氣源壓力的範圍為0~2Mpa,Z代表引射器調壓閥的開度,pij為對應項的係數,m為X的階次,n為Y的階次,i為0到m之間的整數,j為0到n之間的整數,通過對前期歷史吹風數據進行曲面擬合獲得預給位置後,在實際的吹風過程中由程序會自動調節引射器調壓閥(11)的開度,通過設定預給位置能夠快速建立流場,節省能耗。
(4)打開啟動閥(14),氣源中的氣體經引射器調壓閥(11),再經吸入式引射器(7)進入亞聲速擴散段(8),一部分氣體經增量引射器(10)進入主管道(2),再進入前室(3)和試驗段(5),形成穩定流場,另一部分作為廢氣排出;進入增量引射器(10)的氣體可以被循環利用。吹風試驗開始之後,流場控制程序會根據當前的實測馬赫數進行閉環自動調節,通過調節引射器調壓閥(11)的開度來得到穩定的流場。
(5)流場穩定之後,採集控制程序開始控制走本次試驗所需的攻角序列,並進行數據採集。
(6)攻角序列走完,然後攻角回零,吹風試驗完成,關閉啟動閥(14),關閉引射器調壓閥(11)。
本發明的開車方法成功應用於亞跨超風洞的亞跨吹風試驗,流場品質完全可以媲美衝壓開車方式,且前室壓力明顯低於衝壓開車方式,避免了載荷超出天平量程的情況,克服了複雜模型衝壓開車亞跨流場無法建立的難題。
以上所述,僅為本發明最佳的具體實施方式,但本發明的保護範圍並不局限於此,任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內,可輕易想到的變化或替換,都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
本發明說明書中未作詳細描述的內容屬於本領域專業技術人員的公知技術。