[发明专利]一种大尺寸自由活塞高焓激波风洞模拟飞行环境的方法

权利要求书

1.一种大尺寸自由活塞高焓激波风洞模拟飞行环境的方法，其特征在于，包括步骤如下：

1)根据飞行器飞行高度H和飞行速度V，考虑高温气体效应影响，确定出飞行状态的总温T₀、飞行状态的总压环境P₀以及飞行环境压力P；

2)选择喷管驻室气流总温T₀₁和总压P₀₁，使T₀₁和P₀₁的值与飞行状态的总温T₀和飞行状态的总压环境P₀匹配；同时，选择合适的喷管，使喷管驻室气流总温T₀₁和总压P₀₁流过喷管型面后，喷管出口的自由来流静压P_∞与实时的飞行环境压力P匹配；

3)选择合适的入射激波马赫数Ma和激波管初始压力P₁，考虑高温气体效应的影响，利用激波关系式确定喷管驻室气流总温T₀₁和总压P₀₁，入射激波马赫数Ma与缝合马赫数Mas的比例满足Ma：Mas＝0.5～1.2：1；

4)确定重活塞质量和主膜片破膜压力P_R，基于等熵关系式，选择高压储气室的压力、压缩管的混合气体的初始压力和组分比，重活塞质量的选取原则为主膜片破膜压力越大，重活塞的质量越大；所述重活塞用于压缩压缩管中的混合气体使混合气体的温度和压力升高；高压储气室放气驱动重活塞向压缩管下游运动；高压储气室、压缩管、激波管和喷管依次相连；

所述重活塞内部开有光孔；所述重活塞质量和重活塞光孔截面积的比值大于250Kg/m²；

5)根据重活塞调谐运行过程中重活塞的实际运行速度和压缩管末端的压力变化，确定高压储气室的发射效率和重活塞运行过程中的摩擦力和气体泄漏参数，并更改高压储气室的压力和压缩管初始的压力；

6)重新选择高压储气室的压力、压缩管的混合气体的初始压力和组分比和激波管初始压力P₁、重复步骤3)到步骤5)n次，使得喷管出口自由来流的速度、压力与飞行速度、飞行环境压力P匹配，完成自由重活塞高焓激波风洞模拟飞行环境。

2.根据权利要求1所述的一种大尺寸自由活塞高焓激波风洞模拟飞行环境的方法，其特征在于，压缩管的混合气体具体为：氦气和氩气。

3.根据权利要求2所述的一种大尺寸自由活塞高焓激波风洞模拟飞行环境的方法，其特征在于，氦气和氩气质量比的比值范围为70％～95％。

4.根据权利要求1所述的一种大尺寸自由活塞高焓激波风洞模拟飞行环境的方法，其特征在于，步骤2)所述喷管驻室气流总温T₀₁和总压P₀₁，基于自由重活塞高焓激波风洞中激波管缝合马赫数和激波管初始压力决定的，这一过程考虑激波管中高温气体效应和激波衰减的影响。

5.根据权利要求4所述的一种大尺寸自由活塞高焓激波风洞模拟飞行环境的方法，其特征在于，所述激波管缝合马赫数，根据压缩管中驱动气体的初始压力和组分，以及大夹膜机构的主膜片破膜的压力和压缩管的最高压力的90％决定；主膜片的破膜是由重活塞运动到压缩管末端，产生高温高压的气体导致的；压缩管最高压力是由主膜片破裂后，破膜时刻的压缩比和重活塞运动的速度决定的。

6.根据权利要求1～5任意之一所述的一种大尺寸自由活塞高焓激波风洞模拟飞行环境的方法，其特征在于，步骤2)所述喷管出口自由来流的静压，基于喷管驻室气流的总压和总温、喷管型面决定的，喷管驻室气流流过喷管，获得喷管出口自由来流的静压。