[发明专利]一种来流参数宽范围可调的亚-超剪切层研究实验装置有效
申请号: | 201810515945.5 | 申请日: | 2018-05-25 |
公开(公告)号: | CN108709715B | 公开(公告)日: | 2019-04-19 |
发明(设计)人: | 李江;马凯;吕雪阳;李强;刘洋;陈铮夏;尚帅 | 申请(专利权)人: | 西北工业大学 |
主分类号: | G01M10/00 | 分类号: | G01M10/00 |
代理公司: | 陕西增瑞律师事务所 61219 | 代理人: | 刘艳霞 |
地址: | 710072 陕西*** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 试验段 腔体 超声速喷管 剪切层 流参数 亚声速 研究实验装置 超声速气流 高温气流 观察段 可调的 体内 流道 剪切混合 内部连通 气流装置 特性研究 轴向安装 可调节 贯穿 穿出 两路 通行 出口 | ||
本发明公开了一种来流参数宽范围可调的亚‑超剪切层研究实验装置,包括相连接且内部连通的试验段腔体和观察段腔体,试验段腔体的前端用于与亚声速气流装置相连通;试验段腔体内沿轴向安装有超声速喷管,超声速喷管与高温气流相连通,超其内内用于高温气流贯穿通过,变为超声速气流;超声速喷管与试验段腔体的走向相一致,其后端穿出试验段腔体的后端;超声速喷管的宽度与试验段腔体的宽度相一致,安装超声速喷管后,将试验段腔体内分成上下两个独立的流道,使进入的亚声速气流分成对应的两路,由该两个流道贯穿通行,超声速气流与亚声速气流由对应的出口进入观察段腔体内,进入的同时,两种气流进行剪切混合。能够满足来流参数宽范围可调节的亚‑超剪切层发展特性研究。
技术领域
本发明属于内嵌火箭冲压组合发动机技术领域,具体涉及一种来流参数宽范围可调的亚-超剪切层研究实验装置。
背景技术
内嵌火箭冲压组合发动机以其能够兼顾火箭发动机的大推力性能以及冲压发动机的高比冲性能而被广泛关注,自然其工作过程中所涉及的流动燃烧问题的研究则具有重要意义。超声速火箭尾流与亚声速冲压气流之间的混合流动过程对于燃烧室的高效燃烧及发动机性能具有直接影响关系。因此,对于亚-超剪切层一类的可压缩剪切层研究十分必要。相比于一般可压缩剪切混合流动而言,火箭尾气与冲压气流之间形成的剪切层具有速度梯度大、温度梯度大、发展空间受限等特点,从而导致剪切混合流可压缩性更强,流场结构更加复杂。而目前,对于亚-超剪切层的实验研究多针对相对较小的速度梯度以及温度梯度工况展开。例如,比较典型的Stanford大学高温气动实验室(Journal of FluidMechanical,1995)的可压缩剪切层实验装置为二维平面亚-超剪切,主要包括增压段、试验段、扩张段等,其中增压段内由超声速喷管和亚声速喷管组成,中间由隔板隔开;而亚声速和超声速气流均是经过空压机压缩进入一定规格的储箱,并分别在各自控制阀的作用下提供来流条件。该装置实验过程中速度范围为110~508m/s,温度为常温;后期经过改进(Tobias Rossmann的博士论文),温度最高可达700K。国内国防科学技术大学的超声速混合层风洞(赵玉新博士论文)为真空抽吸式结构,主要用于研究超-超气流之间的剪切作用,实验温度为常温,速度范围为400~670m/s。综合国内外的研究发现,目前亚-超剪切层研究的实验装置大多针对对流马赫数Mc<1,的情况开展研究,Mc=(u1-u2)/(c1+c2),其中u为气流速度,c为气流的当地声速,而对于更高的Mc状态相应的实验研究则较少。因此,一种来流参数大梯度宽范围可调节的亚-超剪切层研究实验装置的设计尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足,提供一种来流参数宽范围可调的亚-超剪切层研究实验装置,能够满足来流参数宽范围可调节的亚-超剪切层发展特性研究。
为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是,一种来流参数宽范围可调的亚-超剪切层研究实验装置,包括相连接且内部连通的试验段腔体和观察段腔体,试验段腔体的前端用于与亚声速气流装置相连通;试验段腔体内沿轴向安装有超声速喷管,超声速喷管与高温气流相连通,其内用于高温气流贯穿通过,变为超声速气流;超声速喷管与试验段腔体的走向相一致,其后端穿出试验段腔体的后端;超声速喷管的宽度与试验段腔体的宽度相一致,安装超声速喷管后,将试验段腔体内分成上下两个独立的流道,使进入的亚声速气流分成对应的两路,由该两个流道贯穿通行,超声速气流与亚声速气流由对应的出口进入观察段腔体内,进入的同时,两种气流进行剪切混合。
进一步地,还包括燃气发生器,燃气发生器与超声速喷管相连通,其内用于不同当量比的乙烯与空气混合燃烧,以提供不同温度的高温气流。
进一步地,该声速喷管沿气流流向上包括依次相连接的支板、燃气整流段和拉法尔喷管段;支板沿气流流向包括一体连接的实心楔形段和等直段,等直段与燃气整流段的进口端一体密封连接;燃气整流段和拉法尔喷管段一体连接、且相连通,形成贯通的腔体,且在沿气流方向上,拉法尔喷管段的内型面为拉法尔结构;燃气整流段上、且位于其前端开设有连通外部与腔体的通孔。
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