[发明专利]激波风洞判断进气道起动的壁面丝线流动显示方法及系统

说明书

本发明提供一种激波风洞判断进气道起动的壁面丝线流动显示方法，及激波风洞进气道试验中拍摄壁面丝线动作投影图像使用的高速摄影实验系统，在进气道模型压缩面及隔离段内流道表面垂直植入丝线，通过高速相机拍摄壁面丝线动作投影图像，依据投影图像中丝线的运动获得进气道压缩面及隔离段内壁面的流场结构，根据流场结构快速判断进气道的起动状态，本发明通过发展用于激波风洞进气道试验中进气道起动状态判断的壁面丝线流动显示方法，获得进气道压缩面和隔离段内壁面清晰的流场结构，简单、经济、快速、准确地判定进气道的起动状态，为流动分析、进气道设计及流动计算提供可靠的试验依据。

技术领域

本发明属于高速飞行器技术领域，尤其是一种激波风洞判断进气道起动的壁面丝线流动显示方法，及激波风洞进气道试验中拍摄壁面丝线动作投影图像使用的高速摄影实验系统。

背景技术

高速飞行器飞行速度快、突防能力强，具有很高的军事和民用价值，是未来进入临近空间并控制临近空间、保证控制优势的关键支柱，同时也是对临近空间进行大规模开发的载体，是一种具有广阔开发前景的新型未来飞行器。

高速飞行器主要采用吸气式超燃冲压发动机为推进系统，而进气道是超燃冲压发动机首当其冲的气动部件，其性能将直接影响推进系统的工作特性。进气道稳定的起动是推进系统能够正常工作的前提，不起动的进气道将导致燃烧室无法正常工作，从而导致推进系统无法产生足够的动力，飞行器难以保持稳定的飞行状态。因此，起动性能是进气道的关键气动性能之一，对实现吸气式高速飞行具有重要意义。

常规风洞中开展进气道起动性能试验研究时，通常采用传感器压力测量技术以及阴影或纹影照相技术获得的试验结果来判断进气道的起动性能。但是在激波风洞中进行进气道起动性能试验时，由于风洞试验时间非常短(几毫秒)、来流密度低、总温高，考虑到以下三个因素：(1)测压传感器的频率响应、量程、联校，(2)阴影或纹影照相系统的灵敏度，(3)流场自发光的影响，常规风洞中的传感器压力测量以及阴影或纹影照相等测试技术无法为迅速判断进气道是否起动提供有价值的试验数据。为此，针对激波风洞进气道试验提出一种快速判断进气道起动状态的壁面丝线法流动显示方法，获得进气道流场的壁面丝线法流动图谱，通过流动图谱方便、高效、准确地判断进气道的起动状态。

国内外在进气道起动试验中，用于进气道起动状态判断的试验技术，主要包括以下两个方面：(1)传感器压力测量技术，通过传感器测量得到进气道壁面的静压分布数据，以此判断进气道的起动状态。(2)阴影或纹影技术，通过阴影或纹影技术获得进气道模型压缩面和唇口附近的流场结构，以此判断进气道的起动状态。

在激波风洞中，采用传感器压力测量技术判断进气道的起动状态试验，主要存在以下几个方面的不足：

(1)由于激波风洞的流场稳定时间非常短(几毫秒)，以及进气道壁面测压孔与传感器端面存在的空腔效应，传感器的频率响应必须足够高(100MHz以上)，否则测量的压力数据不能反映进气道壁面的真实压力特性。

(2)传感器量程的选择严重影响进气道壁面压力测量结果，量程过小会导致传感器信号出现饱和无法得到压力数据，量程过大会导致传感器压力信号被干扰噪声淹没。

(3)压力传感器的壁面静压整体联校比较繁琐，表现在四个方面：对接处密封性差易漏气，操作难度大不易实现，联校效率低，联校结果受人为影响因素大。

(4)传感器线路会干扰进气道部件更换或状态更换，多次安装会更加繁琐，可靠性也会降低，排出故障与更换都很麻烦。

在激波风洞中，采用阴影或纹影技术判断进气道的起动状态试验，主要存在以下两个方面的问题：

(1)激波风洞来流密度低，甚至低于阴影仪系统或纹影仪系统的灵敏度极限，导致采用阴影技术或纹影技术无法获得进气道模型压缩面和唇口附近清晰的流场结构，因此无法给进气道起动状态的判断提供可靠的实验依据。