[发明专利]一种适用于亚声速流道的流量测试系统及测试方法

权利要求书

1.一种适用于亚声速流道的流量测试系统，包括亚声速流道的标准模型(1)、过渡段(2)、整流段、节流模块(7)、滞止模块(5)以及真空腔(6)；所述的标准模型(1)、过渡段(2)、整流段依次相连，标准模型(1)、过渡段(2)、整流段的内型面依次相切构成流量测试系统内流道，内流道各截面面积相等；所述整流段包括前整流段(3)和后整流段(4)；所述后整流段(4)内设有整流格栅(8)使截面气流各参数分布均匀；所述节流模块(7)整流段内部，并且位于前整流段(3)和后整流段(4)之间；所述的滞止模块(5)位于后整流段(4)下游，滞止模块(5)整体为一个空腔，滞止模块(5)与后整流段(4)相接处为突扩流道；所述的真空腔(6)位于滞止模块(5)下游，真空腔(6)与滞止模块(5)相接处为突缩流道，真空腔(6)与滞止模块(5)相接处设有一个快速阀(9)；所述的流量测试系统用以采集标准模型(1)出口处第一测点(11)的总压信号和第二测点(10)的静压信号、节流模块(7)下游第三测点(13)的总压信号和第四测点(12)的静压信号、滞止模块内壁面上预置的若干第五测点的动态压力信号和第六测点的温度信号；所述第一测点(11)与第二测点(10)位于标准模型(1)同一截面上，第一测点(11)位于标准模型(1)的内壁面上，第二测点(10)位于标准模型(1)的腔内；所述第三测点(13)与第四测点(12)位于节流模块(7)同一截面上，第三测点(13)位于节流模块(7)的腔内上，第四测点(12)位于节流模块(7)的内壁面上；若干第五测点分布在滞止模块(5)内壁面上用以测量滞止模块(5)内壁面各位置受到的动态压力值，第六测点(17)位于滞止模块(5)内用以测量滞止模块内部的温度值。

2.根据权利要求1所述的适用于亚声速流道的流量测试系统，其特征在于：标准模型为前端带唇口的等面积圆形管道，唇口前端为双纽线设计。

3.根据权利要求1所述的适用于亚声速流道的流量测试系统，其特征在于：过渡段(2)上游连接标准模型(1)，下游连接前整流段(3)。

4.根据权利要求1所述的适用于亚声速流道的流量测试系统，其特征在于：前整流段(3)、后整流段(4)、节流模块(7)、滞止模块(5)以及真空腔(6)、快速阀(9)均位于风洞之外；前整流段(3)长度不小于5倍流道内型面直径。

5.根据权利要求1所述的适用于亚声速流道的流量测试系统，其特征在于：节流模块(7)由蝶阀构成，节流模块(7)启闭件是一个圆盘形的蝶板，围绕阀轴旋转，达到启闭或调节节流通道面积，从而控制实验模型出口马赫数并在节流通道处形成超声速流场。

6.根据权利要求1所述的适用于亚声速流道的流量测试系统，其特征在于：滞止模块(5)为一个尺寸较大的空腔，前后各有一个贯通圆孔分别与后整流段(4)和真空腔(6)相连；前后贯通圆孔直径分别取决于后整流段(4)流道内径与真空腔(6)流道内径。

7.根据权利要求1所述的适用于亚声速流道的流量测试系统，其特征在于：快速阀(9)位于滞止模块(5)与真空腔(6)之间，在流场建立之前，快速阀(9)始终保持打开，使节流模块(7)前后落压比足够大，流场正常建立后，节流模块(7)下游为超声速流场。

8.根据权利要求1所述的适用于亚声速流道的流量测试系统，其特征在于：所有的压力信号采用高频响微型动态压力传感器采集，传感器应靠近测点，且距离不超过50mm。

9.根据权利要求1所述的适用于亚声速流道的流量测试系统，其特征在于：测点(17)采用高精度热电偶监测滞止模块内温度信号。

10.一种使用如权利要求1至9中任一项适用于亚声速流道的流量测试系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、为提高测量精度，首先对适用于亚声速流道的流量测试系统进行标定，用标准模型(1)进行标定实验；在标准模型(1)的出口附近及蝶阀下游布置压力测；

(2)、待通道内流场建立之后，通过流量测试系统中的第一测点(11)的总压和第二测点(10)的静压，根据总静压关系式得到模型出口马赫数：

其中，p^*为第一测点(11)处总压，p为第二测点(10)处静压，M为标准模型(1)出口马赫数；如果出口马赫数未达到设定值，则进一步调节蝶阀开度，直至满足为止；

(3)、监测节流模块(7)下游第三测点(13)的总压和第四测点(12)的静压，通过总静压关系式得到节流模块(7)后马赫数，如果大于1，则说明已经在节流模块(7)后建立了超声速流场，下游扰动将不会传递给标准模型出口，如果小于1，则改变真空腔(6)的压力进而改变节流模块(7)前后落压比，直至节流模块(7)下游马赫数大于1；

(4)、将快速阀关闭，内流场气流滞止，通过测量滞止模块壁面处若干第五测点的静压p^′的动态变化和滞止模块内第六测点(17)处的温度，根据气体状态方程以及流量计算公式计算质量流量：

其中p′为滞止模块壁面处测点静压，R为气体常数，V为滞止模块体积，t为时间，T为滞止模块内温度。