[发明专利]一种用于实现连续变马赫数风洞的喷管段结构和方法

说明书

本发明提供一种用于实现连续变马赫数风洞的喷管段结构和方法。喷管段结构包括：保护壳、喷管段上壁面、喷管段下壁面、喷管段侧壁、旋转喷管、旋转轴、驱动装置以及传动力臂。喷管段上壁面和喷管段下壁面的位置固定，且用于连接喷管段结构的下游实验段和上游稳定段。旋转喷管在传动力臂的传动作用和驱动装置的动力作用下绕旋转轴转动时，在旋转喷管的上游和下游位置处形成自适应回流区，自适应回流区用于生成气动壁面，使得旋转喷管所处的流场内的流动保持通畅。旋转喷管下壁面与喷管段下壁面形成喉部，气流在喉部达到声速，在转动旋转喷管时，通过改变喉部的位置来调整偏转角度，使得声速基于偏转角度达到特定马赫数，以实现连续变马赫数风洞。

技术领域

本发明涉及风洞结构领域，尤其是涉及一种用于实现连续变马赫数风洞的喷管段结构和方法。

背景技术

目前，变马赫数风洞方案主要有柔性壁式和对称开合式。柔性壁式变马赫数风洞方案采用一系列活塞上下运动以驱动喷管壁面进行可控变形，从而改变喷管流场马赫数。对称开合式变马赫数风洞方案采用上下对称固壁喷管，喷管型面分别以喷管一端为旋转轴，另一端通过上下运动以改变喷管的收缩比，从而改变喷管流场马赫数。

现有的变马赫数风洞方案主要存在以下缺陷：(1)机械机构复杂，需要多个驱动机构(例如柔性壁式变马赫数喷管)；(2)变马赫数调节响应速度受限(例如柔性壁式变马赫数喷管)；(3)非设计点马赫流场偏移较大(例如对称开合式变马赫数喷管)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于实现连续变马赫数风洞的喷管段设计方案(包括一种用于实现连续变马赫数风洞的喷管段结构、一种实现连续变马赫数的风洞结构、一种基于喷管段结构实现连续变马赫数的方法、一种用于实现连续变马赫数风洞的方法)，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

本发明第一方面提供了一种用于实现连续变马赫数风洞的喷管段结构。所述喷管段结构包括：保护壳、喷管段上壁面、喷管段下壁面、喷管段侧壁、旋转喷管、旋转轴、驱动装置以及传动力臂。其中：所述喷管段上壁面和所述喷管段下壁面的位置固定，且用于连接所述喷管段结构的下游实验段和上游稳定段；所述旋转喷管位于所述喷管段上壁面和所述喷管段下壁面之间，所述旋转喷管的两侧由所述喷管段侧壁罩住，其中一个所述喷管段侧壁与所述喷管段上壁面固定连接，另一个所述喷管段侧壁与所述喷管段下壁固定连接；所述旋转喷管包括旋转喷管上壁面和旋转喷管下壁面，所述旋转喷管上壁面为圆弧段，且与所述喷管段上壁面滑动接触，所述旋转喷管下壁面为喷管型面，所述旋转喷管在所述传动力臂的传动作用和所述驱动装置的动力作用下绕所述旋转轴转动；所述传动力臂位于所述喷管段侧壁的外侧，所述喷管段侧壁设置有滑槽，使得连接所述旋转喷管与所述传动力臂的固定螺栓旋转，所述滑槽在所述固定螺栓的旋转过程中通过滑动密封装置保持气密性；所述保护壳位于所述驱动装置外部，用于保护所述驱动装置。

根据本发明第一方面提供的喷管段结构，其中：所述旋转喷管下壁面采用流线追踪方式，使得所述旋转喷管所处的流场为均匀流场；所述旋转喷管具有减重缺口以减轻所述旋转喷管的重量。

根据本发明第一方面提供的喷管段结构，所述旋转喷管在所述传动力臂的传动作用和所述驱动装置的动力作用下绕所述旋转轴转动时，在所述旋转喷管的上游和下游位置处形成自适应回流区，所述自适应回流区用于生成气动壁面，使得所述旋转喷管所处的流场内的流动保持通畅。

根据本发明第一方面提供的喷管段结构，所述旋转喷管下壁面与所述喷管段下壁面形成喉部，气流在所述喉部达到声速，在转动所述旋转喷管时，通过改变所述喉部的位置来调整偏转角度，使得所述声速基于所述偏转角度达到特定马赫数，以实现所述连续变马赫数风洞。