[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

说明书

本发明公开了一种适用于亚声速流道的流量测试系统及测试方法，测试系统包括标准模型、过渡段、整流段、节流模块、滞止模块、真空腔。通过调节节流模块的出口面积以及下游的压力，控制进气道出口马赫数，并在节流模块后形成超声速流场结构。真空腔处快速阀关闭，流体通过后整流段整流进入滞止模块，超声速气流滞止。通过监测空腔内的压力变化换算得到亚声速流道的流量。本发明结构简单，尺寸小，响应速度快，测量精度高，所需压力测点少，避免了标准流量计、传统米字耙等流量测试方法对实验流道形成的壅塞，测量精度对流道内气流的非均匀性不敏感，适合于来流为亚声速的进气道、扩压器等复杂内流装置的流量测量。

技术领域

本发明涉及空气动力学实验测试领域，特别是针对在亚声速范围工作的进气道等内流装置的一种流量测试系统及测试方法。

背景技术

在吸气式推进系统的研发过程中，地面实验是前期关键环节，需要先针对各个气动部件进行单独的测试，获得部件的性能曲线为后续风洞实验以及全机实验提供数据与指导。进气道作为吸气式推进系统的关键气动部件之一，肩负着推进系统流量的捕获与调节、来流动能转化与利用等多项功能，直接影响推进系统的推力、工作效率与工作包线等，因此进气道地面实验数据的准确性和工况测试范围对于推进系统的研发至关重要。在实验过程中，通常测试进气道的出口流量来反映其对来流的捕获能力。常见的亚声速流道流量测量方法包括孔板流量计、浮子流量计、涡轮流量计、涡街流量计、文丘里流量计等装置。孔板流量计采用法兰连接并通过内孔锐角线来保证精度，因此流量泄漏及长期使用下的测试精度下降问题无法避免，需要较大的维护工作量；浮子流量计在用于测试不同于出厂标定流体的流体流量时，如不同的流体密度、粘度，流量偏离原分度值，需要进行换算修正，因此使用上相对复杂；涡街流量计对实验模型的震动敏感，高亚声速流量实验可能会对其精度造成较大的影响；涡轮流量计对于粘度较大或杂质过多的介质并不适用。除此之外，由于内部含有大尺寸的零件，一方面零件惯性运动导致此类流量计的响应速度慢，另一方面气流容易在流道内形成壅塞，因此不适用于进气道流量测试。文丘里流量计不同于上述标准流量计，流道内无大尺寸零件，响应迅速，但由于喉道处密流函数最大，流体对喉道的冲刷和磨损严重，无法保证长期测量精度，并且经典文丘里流量计的结构长度必须按规定制造，使得它的流量测量范围有限，最大、最小流量比很小，一般在3至5之间，这使得文丘里流量计很难满足流量变化幅度大的流量测量。

另外一种常用的流量测试方法是米字耙流量计，通过在测量截面均布8个总压耙，在每个耙上按照等环面积分布安装5只总压探针，利用这些探针测量的结果，按照每个单元积分即可获得流量，然而由于总压探针有限，对于米字耙这种测量方法要得到较好的测量精度需要满足畸变不能太大，截面流动均匀性要好，否则误差较大。

综上所述，对于进气道流量测试实验，现有的流量计无法满足其响应快、流量测试范围大和避免内流道拥塞等要求，因此针对亚声速流道流量测试实验，如何实现测试系统响应快、测量精度高、装置易于维护、流量测量范围大以及避免内流道壅塞是本发明要解决的关键问题需要一种新的技术方案以解决该问题。

发明内容

发明目的：本发明提供一种适用于亚声速流道的流量测试系统，所要解决的技术问题是，针对亚声速流道流量测试实验，如何实现测试系统响应快、测量精度高、装置易于维护、流量测量范围大以及避免内流道壅塞。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：