[发明专利]一种激波风洞驻室末端气体污染抑制方法

说明书

技术领域

本发明涉及吸气式高速飞行器实验研究的一项技术，特别涉及用于高超声速飞行器地面模拟设备的设计。

背景技术

利用激波风洞进行高超声速飞行的地面模拟实验中，激波风洞驱动段与被驱动段之间的膜片破裂后，形成向激波风洞被驱动段方向运动的激波，激波压缩被驱动段内的试验气体使其温度和压力提升，激波运动至被驱动段端部后，形成激波反射，进一步提升试验气体的温度和压力。因此，在激波风洞被驱动段末端形成一个高温高压气体驻室，为风洞试验提供足够总温和总压的气体。

在实际的激波管运行中，被驱动段端部形成的反射激波上游激波风洞附面层相互作用，形成复杂的反射激波/附面层相互干扰现象，来自驱动段的非试验气体通过附面层底部流动快速地向被驱动段端部方向运动并形成了来自驱动段的非试验气体与反射激波压缩的试验气体之间的相互掺混，这一现象称为激波风洞试验气体的污染效应，主要来自于激波风洞中反射激波与附面层的相互作用。

激波风洞中试验气体的污染效应导致驻室内试验气体纯净程度下降，试验气体成分及温度偏离设计状态。因此，激波风洞中减小污染气体效应对于激波风洞的流动品质和试验有效时间非常重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激波风洞驻室末端气体污染抑制方法，能够降低激波/附面层干扰引起的来自驱动段气体对被驱动段端部驻室试验气体的污染程度。

本发明提供的一种激波风洞驻室末端气体污染抑制方法是：在被驱动段端部安装一环形的隔离装置，通过该隔离装置阻挡附面层中来自驱动段的气体对被驱动段端部驻室高能量空气的污染。

优选地，所述隔离装置包括：两端开口的圆筒，该圆筒的一端通过加强筋安装在与所述被驱动段端部相接的拉瓦尔喷管的端面上。

优选地，所述圆筒的内径为所述被驱动段内径的80～90％，所述的长度为所述圆筒的内径的1/4。

本发明通过在被驱动段的末端安装一隔离装置，尤其是具有适当长度和内外径的圆筒，这样，就能够阻挡激波压缩的试验气体与来自驱动段的污染气体之间的混合掺混作用，从而降低激波/附面层干扰引起的来自驱动段气体对被驱动段端部驻室试验气体的污染程度。本发明可以应用于高超声速飞行器的地面试验研究。

附图说明

以下基于下面附图中的非限制性实施例对本发明作进一步的阐述。

图1是本发明激波风洞驻室末端防气体污染的隔离装置在风洞中的安装示意图；

图2是隔离装置的结构示意图；

图3是图2的左视示意图；

图4为未采用隔离装置时被驱动段末端的流体状态示意图；

图5为采用了隔离装置时被驱动段末端的流体状态示意图；

图6为未采用和采用了隔离装置后的风洞运行数值仿真结果示意图。

具体实施方式

如图1所示，被驱动段2的末端安装有拉瓦尔喷管2，膜片5通过膜片压块4安装在拉瓦尔喷管2的端口处。在被驱动段2端部安装一环形的隔离装置3，通过该隔离装置3阻挡附面层中来自驱动段的气体对被驱动段2端部驻室高能量空气的污染。

在本发明实施例中，隔离装置3包括：两端开口的圆筒31，该圆筒31的一端通过加强筋32安装在拉瓦尔喷管2的端面上。如图2、3所示。

圆筒31的内径根据激波风洞被驱动段2内径以及激波风洞的附面层厚度发展速度来决定。在激波刚刚反射时，附面层厚度最薄，随着反射激波向驱动段方向的传播，附面层厚度逐渐增加。更具上述要求并结合激波管具体运动方式，可以选择圆筒内径为被驱动段内径的80～90％，圆筒31长度考虑结构强度和附面层发展速度，可以选择为圆筒31内径的1/4。

图4为未采用隔离装置时被驱动段末端的流体状态示意图，图5为采用了隔离装置时被驱动段末端的流体状态示意图，图中6污染气体，7为实验气体，图6为未采用和采用了隔离装置后的风洞运行数值仿真结果，横轴为风洞运行时间，纵轴为喷管喉道中心线上的污染气体成分浓度，曲线A为无隔板，曲线B为有隔板，可以判断污染气体对风洞有效试验时间的影响。未采用隔离装置3时，污染气体较早地到达喷管喉道；采用隔离装置3后，污染气体的扩散受到抑制，较晚到达喷管喉道。