[发明专利]一种超高温管风洞驱动系统及其使用方法

说明书

本发明公开了一种超高温管风洞驱动系统，管风洞的上游设置高压驱动腔和并联的一级活塞驱动段和二级活塞驱动段，二级活塞驱动段包括依次连接的二级调压阀、限流喷管、二级活塞；高压驱动腔分别与一级活塞驱动段一端、二级调压阀连接；下游驱动段分别与二级活塞另一端、一级活塞驱动段另一端连接；管风洞下游为试验驱动气体。该系统采用两级活塞方式，管体内部仅含有非定常压缩波系(非激波系)，因此驱动管体可以在流向弯曲，在保证有效运行时间的同时可缩短管体占地长度。

技术领域

本发明属于高马赫数高温试验技术领域，尤其涉及一种超高温管风洞驱动系统及其使用方法。

背景技术

管风洞作为一种特殊的脉冲设备，洞体包括一根长的等直径管子，一端密封、另一端装有膜片或快速阀，下游接喷管、试验段和真空罐。由于结构简单、参数调节方便、流场品质高等优点，已在高马赫数试验技术领域得到了发展和应用，体现出了极大的应用潜力。

由于脉冲型风洞独特的运行方式，对加热形式有诸多限制，为了防止影响流场均匀度和有效运行时间，要求不能干扰运行过程中管体内部的非定常波系结构。目前，高马赫数运行条件下的管风洞多采用管外加热的形式提升管内试验气体温度。

管外加热技术是将高温加热件直接与驱动段管体外表面接触，并在加热件外表面包裹保温层，先对管体升温进而加热内部气体。由于固体的热容远大于气体，因此加热过程中绝大部分能量是被管体所吸收，因此很难将管内气体加热到1000K以上。

由于受到加热能力的限制，管风洞在高马赫数运行条件下多为“欠温运行”，气体加温能力仅能防止试验段气体出现冷凝，不能满足复现实际飞行环境的温度需要。以飞行马赫数8为例，空气总温接近3000K。

随着高马赫数试验需求的提升，特别是需要具备高温模拟能力。因此如何在保证有效试验时间和流场品质的前提下，再现飞行时高总温流动环境成为研究重点，技术手段需要进一步发展。

发明内容

发明目的

本发明旨在提出一种超高温管风洞驱动系统及其使用方法，以解决现有管风洞难以复现高马赫数飞行总温的问题。

发明技术解决方案

一种超高温管风洞驱动系统，管风洞的上游设置高压驱动腔和并联的一级活塞驱动段和二级活塞驱动段，二级活塞驱动段包括依次连接的二级调压阀、限流喷管、二级活塞；高压驱动腔分别与一级活塞驱动段一端、二级调压阀连接；下游驱动段分别与二级活塞另一端、一级活塞驱动段另一端连接；管风洞下游为试验驱动气体。

优选的，一级活塞驱动段内设置有一级膜片、一级活塞。

优选的，一级膜片设置于一级活塞和高压驱动腔之间。

优选的，下游驱动段还依次连接高温隔离阀、管外预加热系统、试验喷管。

优选的，二级活塞两端的气体体积流量相等。

优选的，高压驱动腔内贮存高压空气，两级活塞驱动段连接下游驱动段一端气体压力在初始状态下小于高压驱动腔内的高压空气的气体压力，当一级膜片破裂或二级调压阀打开后，在压差作用下，驱动一级活塞或二级活塞运动。

优选的，该系统包括两个一级活塞驱动段。

一种超高温管风洞驱动系统的使用方法，先开启管外预加热系统并监测管内气体温度；当气体温度满足要求后，开启高温隔离阀，完全开启后一级膜片破裂，在一级活塞两侧压差驱动下，一级活塞运动，通过绝热压缩过程进一步提升试验气体温度；一级压缩完成后，开启二级调压阀，通过高压驱动腔出流压力的调节以及限流喷管实现对高压气体供气量的精确控制，从而实现在进一步压缩升温的同时满足匹配运行条件。