[发明专利]一种大缩比栅格舵高速风洞试验模拟方法

说明书

本发明涉及一种大缩比栅格舵高速风洞试验模拟方法，根据原始大长细比栅格舵模型，建立三个满足风洞试验条件的缩比模型，分别为带栅格舵截短模型、无栅格舵截短模型和全尺寸缩比的无栅格舵模型；将三个缩比模型分别置于风洞中进行模拟试验，所使用的天平系统统一，以保证测量精度；通过风洞试验获取三个模型的试验数据，并对试验数据进行处理，最终获取原始模型的数据。本发明针对大长细比等直段较长的栅格舵模型，设计了带栅格舵的截短模型，优先保证的栅格舵的模型尺寸，同时模型长度满足风洞试验要求，截短前后栅格舵的气动特性基本不变，有效解决了大比例缩比栅格舵模型所遇到的加工问题和结构强度问题。

技术领域

本发明属于实验空气动力学领域，涉及一种大缩比栅格舵高速风洞试验模拟方法。

背景技术

一般大缩比栅格舵模型在进行超声速风洞试验时，由于栅格舵载荷大、栅格壁薄等问题，如果取与弹身相同的缩比，即按完全几何相似的缩比设计带栅格舵的风洞试验模型，往往会遇到以下几个方面的问题：

(1)缩比后栅格壁的厚度很小，有的甚至小于0.1mm，给模型加工带来很多困难，甚至在加工工艺上很难实现；

(2)由于载荷大，缩比后栅格舵的强度和刚度都很弱，基本上无法满足高速暂冲式风洞试验的要求，模型在高速气流中很容易被破坏，特别是风洞启动时气流对模型的冲击引起栅格舵的损坏，造成试验失败；

(3)模型缩比后，边界层效应和实际模型有所差别造成气动特性模拟失真，甚至由于栅格间间距很小，造成气流的堵塞，无法真正模拟飞行器的气动特性。长细比较大的栅格舵模型在进行高速风洞试验时，由于缩比模型的格栅厚度较小、格栅间距较小等问题使得模型加工困难，同时模型结构强度难以满足高速风洞试验要求，风洞试验中无法真实模拟栅格舵模型的气动特性。

美国等技术发达国家具有4m量级以上的大型超声速风洞，在进行栅格舵风洞试验时可以做到几何尺寸的完全缩比。但在国内目前的主要超声速风洞为0.6m和1.2m量级，栅格舵在进行几何缩比时，为了达到试验要求缩小比例很大。这样大的缩比下，栅格舵壁厚较薄，模型加工工艺上很难实现，而且其结构强度无法满足试验要求。目前国内尚没有栅格舵飞行器大比例缩比模型高速风洞试验的成熟方法。

目前，国内为解决栅格舵的加工工艺和结构强度等问题，通常采用将栅格壁加厚的办法。经过试验对比分析，发现栅格壁加厚对法向力的影响不大，但阻力增加较明显。特别是在低超声速时，栅格壁加厚使得栅格舵的流通面积减小，容易发生气流拥塞，在栅格舵前形成较强的脱体激波，导致阻力急剧增加，压心前移，试验数据严重失真。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，提出一种大缩比栅格舵高速风洞试验模拟方法，该方法适用于长细比较大且等直段较长的栅格舵模型，可以较好地模拟栅格舵的气动特性，同时解决了大比例缩比所遇到的加工问题和结构强度问题。

本发明解决技术的方案是：

一种大缩比栅格舵高速风洞试验模拟方法，该方法的步骤包括：

步骤一，根据原始大长细比栅格舵模型，建立三个满足风洞试验条件的缩比模型，分别为带栅格舵截短模型、无栅格舵截短模型和全尺寸缩比的无栅格舵模型；

全尺寸缩比的无栅格舵模型根据风洞试验要求选择适当的缩比；

带栅格舵截短模型根据气动载荷估算出栅格舵栅格壁所需的最小厚度，确定模型缩比，在确保不影响栅格舵气动性能的情况下，截短模型等直段长度，同时保证模型总长度满足风洞试验要求；

无栅格舵截短模型借用带栅格舵截短模型的弹身，将栅格舵拆除并封堵安装孔；

步骤二，将三个缩比模型分别置于风洞中进行模拟试验，所使用的天平系统统一，以保证测量精度；

步骤三，通过风洞试验获取三个模型的试验数据，并对试验数据进行处理，最终获取原始模型的数据。