[发明专利]风洞试验装置及其设计方法

说明书

本发明实施例提供一种风洞试验装置及其设计方法，涉及风洞试验考核技术，能够解决难以在单次风洞试验中进行多个状态考核问题。所述风洞的试验考核装置具有多级压缩特征，多级压缩区域表面型线由N段弯折的线段L₁、L₂、L₃……、L_n构成，L₀是攻角为零的试验段流向长度，通过连续渐进式改变攻角的思路，在同一车次风洞试验中获得沿流向稳定的阶梯式热流分布特征，能够在一车次试验同时考核材料在多种热状态下的响应，同时考虑了流场的纯净性，将多级压缩斜激波交于一点，避免了多道激波反射干扰流场。克服了原有材料考核试验效率低、周期长、成本高的弊端，大大缩短试验周期，具有较高的工程应用价值。

技术领域

本发明涉及风洞试验考核技术领域，尤其涉及一种风洞试验装置及其设计方法。

背景技术

风洞试验能够提供接近真实飞行条件的模拟环境，是考核结构/热防护材料的有效手段之一。高超声速飞行器结构和热防护需要开展大量的风洞试验，尤其是是在方案的论证及材料的筛选阶段，需要对材料的抗烧蚀、抗氧化和隔热性能进行摸底考核。通常来说，风洞试验的前期准备时间长、效率低，并且一个车次的试验只能考核一个状态,这样给研制过程带来了巨大的周期成本和经费成本，形成方案论证的瓶颈，制约整个研究进程的进度。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供了一种风洞试验装置及其设计方法，能够解决难以在单次风洞试验中进行多个状态考核问题。

本发明的技术解决方案：

一方面，一种风洞试验装置，所述风洞试验件考核装置具有多级压缩特征，多级压缩区域表面型线由N段弯折的线段L₁、L₂、L₃……、L_n构成，L₀是攻角为零的试验段流向长度，以多段压缩区域产生的斜激波交点相同为原则，采用平面斜激波前后流动参数关系式，根据所需壁面热流，计算每级压缩区域流向长度L₀、L₁、L₂、L₃……、L_n，及每级压缩区域对应的攻角α₁、α₂、α₃……、α_n。

另一方面，一种上述装置的设计方法，该方法包括以下过程：

第一步，根据试验考核条件初步选定喷管，由喷管几何参数及来流条件用一维定常绝热流动参数基本关系式计算喷管出口气流参数，所述几何参数包括出口面积、出口与吼道面积比，所述来流条件包括总温和总压，所述试验考核条件包括焓值和热流，所述出口气流参数包括压强、温度和马赫数；

第二步，以所需的壁面考核热流值为目标，根据平面斜激波前后流动参数的关系式，以满足试验考核条件为前提，且待考核面斜激波交点相同为原则，进行压缩区域长度、攻角计算，获取压缩区域长度L₁、L₂、L₃……、L_n与攻角α₁、α₂、α₃……、α_n；

第三步，根据选定的喷管几何尺寸，建立包含多级压缩区域的风洞三维实体模型，进行网格划分，设置边界条件，初始条件，采用计算流体动力学软件进行仿真，得到试验段壁面热流分布与风洞内流场分布，依据数值仿真结果调整每级压缩区域长度与攻角，满足试验考核条件规定的热流，所述喷管几何尺寸包括喉道面积、扩张角和出口面积；

第四步，开展风洞试验调试及验证；

第五步，最终确定每级压缩区域长度与攻角度几何参数，确定考核装置方案。