[发明专利]一种用于单颗粒阻力系数实验研究的发生装置

说明书

本发明公开了一种用于单颗粒阻力系数实验研究的发生装置，涉及高性能飞行器气动技术领域，为解决颗粒进入降落通道前受到水平方向外力作用，带有水平方向初速度，降落时易碰撞通道壁导致落点随机的问题；本发明的顶部腔体内开设有上下贯通的顶部腔室，顶部腔室的外侧固定安装有电磁铁，实验颗粒为铁磁性颗粒；中部腔体上端的一侧固设有侧腔体，其中开有平台收纳腔，中部腔体的侧壁开设有通孔，通孔与平台收纳腔连通，中部腔室的上端设有用于放置实验颗粒、可收纳于通孔与平台收纳腔内的支撑平台；本发明更利于颗粒在流场中运动轨迹的精细化研究，尤其是对高速条件下颗粒周围流场研究的精准性相对于现有技术更加突出。

技术领域

本发明涉及高性能飞行器气动技术领域，具体为一种用于单颗粒阻力系数实验研究的发生装置。

背景技术

高性能飞行器在含沙及雨雪天气飞行时，空气中悬浮的小颗粒在高速气流的包裹下进入到飞行器动力装置内部。此时，悬浮颗粒的运动过程将会直接影响到动力系统的气动布局分布，进而影响到推进装置的性能。此外，悬浮颗粒在气流的伴随下有可能与装置内部结构相撞，从而对材料的力学性能产生影响，所以高性能飞行器对良好气动设计的需求也将急剧增加。

若要详细了解高速飞行器在含沙及雨雪天气飞行时的气动分布，必须精确测量颗粒的运动轨迹。目前人们常用阻力系数模型来预测颗粒在气流包裹下运动的轨迹。其精确测量将直接影响到对飞行器内部流场分布的估算，进而影响到推进系统的性能。颗粒阻力系数测量的工作主要依靠风洞和激波管装置平台。操作时首先在风洞/激波管上抛洒颗粒，之后拍摄颗粒运动轨迹，进而测量阻力系数。但风洞装置较为复杂，通常伴随着复杂的波系的干扰和三维的扰动，使得颗粒在运动的初期处于一个非规则的流场中。相比较而言，激波管实验具有良好的气动规则性，因此，研究人员逐步转向激波管平台来研究颗粒的阻力系数。

在激波管平台上开展颗粒阻力系数测量研究，涉及到单个颗粒发生过程。已有的单颗粒阻力系数的实验研究主要依靠传送装置来发生颗粒。传送装置释放颗粒时有一定的初速度，颗粒在下落的过程中会与壁面发生碰撞，根据碰撞程度不同，颗粒获得不同的下落速度，这使得不能精确控制激波触发时间。为解决该问题，研究人员通常在传送装置上布置多个颗粒。当颗粒群下落时，颗粒群在视窗内会持续一段时间，这极大地降低了触发的要求。但由于同时释放了多个颗粒使得颗粒间流场会发生相互干扰，所测得的阻力系数严格意义上应是多个颗粒相互作用下的阻力系数而不是单个颗粒的阻力系数。由于颗粒下落过程中速度存在不确定性，使得拍摄过程存在一定的随机性，不能保证每次实验都能拍摄到颗粒的运动过程。此外，由于传送装置组成部件多、结构相对复杂，这都极大的限制了单颗粒阻力系数的测定及相关工程研究的进展。

公告号为CN110702353B，名称为一种亚毫米级颗粒发生装置的发明专利中公布了一种结构相对简单的可以进行单颗粒发生的装置，其中记载了壁面与斜板相接触夹持颗粒，能够降低颗粒掉落位置的随机性，使光源和光电接收装置可以更加精确地监控颗粒掉落过程，但是该装置中，斜板下端与腔体内壁面为线接触，当斜板向外移动，斜板对颗粒产生摩擦力，造成水平方向分力，无法完全避免颗粒获得水平方向初速度，仍然会碰撞通道壁；因此，急需一种用于单颗粒阻力系数实验研究的发生装置来解决这个问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于单颗粒阻力系数实验研究的发生装置，以解决颗粒进入降落通道前受到水平方向外力作用，带有水平方向初速度，降落时易碰撞通道壁导致落点随机的问题。