一种静喷管边界层抽吸装置、静喷管及静风洞的制作方法

1.本实用新型属于风洞试验技术领域，特别涉及一种静喷管边界层抽吸装置、静喷管及静风洞。


背景技术：

2.高超声速边界层转捩是目前高超飞行器研究的热点，同时是制约飞行器发展的关键因素。常规高超声速风洞由于其来流噪声级相比飞行时高一个量级，转捩试验结果并不可靠。静风洞的研究发展了一系列降低来流噪声的方法，为地面模拟低噪声来流提供了有效手段。
3.静喷管是静风洞的核心部件，是产生低噪声流场的关键，静喷管采用很多特殊设计实现喷管出口边界层层流化，边界层抽吸技术是其中重要的一环。边界层抽吸能够带走喷管收缩段上游的边界层，有效避免上游的干扰，是维持边界层为层流的重要的措施之一。因而，有必要提供一种静喷管边界层抽吸装置，以实施对喷管收缩段上游的边界层的抽吸，维持喷管出口边界层为层流。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种静喷管边界层抽吸装置、静喷管及静风洞，该抽吸装置的唇口与静喷管的内腔连通，出口连接真空罐，利用压差抽吸走上游流场的边界层，减小或者消除了上游的扰动，提高了下游试验段的流场品质。
5.本实用新型提供的技术方案如下：
6.第一方面，一种静喷管边界层抽吸装置，包括位于静喷管收缩段的抽吸槽，所述抽吸槽为三维环形结构，唇口与静喷管的内腔连通，出口经导气管与真空罐连接，该抽吸槽包括靠近喷管轴线一侧的内壁结构和远离喷管轴线一侧的外壁结构，所述内壁结构由唇口至出口依次包括cm段、mn段和nd段，所述cm段和nd段为直线段，所述mn段作为cm段和nd段的连接段，为三次曲线段，光滑连接cm段和nd段；所述外壁结构由唇口至出口依次包括bi段和ie段，所述bi段为圆弧或三次曲线，所述ie段为样条曲线，i点为bi段和ie段的拐点；
7.所述bi段的b点和cm段的m点为气流声速点，在该两点处气流达到声速，抽吸槽位于bm连线下游的槽体为扩张结构，气流经bm线后在抽吸槽继续膨胀加速；
8.所述cm段的c点为抽吸槽内壁结构与静喷管收缩段的连接点，用于确定抽吸槽的唇口位置和唇口宽度，抽吸槽唇口位置为使得c点气流速度达到0.5～0.8ma，抽吸槽唇口宽度为使得抽吸槽抽吸掉的流量占整个静喷管入口流量的30％以上。
9.第二方面，一种静喷管，由上游至下游依次包括收缩段、喉道及扩张段，所述收缩段上安装有第一方面所述的抽吸装置。
10.第三方面，一种静风洞，所述静风洞以第二方面所述的静喷管作为喷管段。
11.根据本实用新型提供的一种静喷管边界层抽吸装置、静喷管及静风洞，具有以下
有益效果：
12.本实用新型提供的一种静喷管边界层抽吸装置，唇口与静喷管的内腔连通，出口经导气管与真空罐连接，通过对靠近喷管轴线一侧的内壁结构和远离喷管轴线一侧的外壁结构的设计，使抽吸槽在风速线下游的槽体内继续膨胀加速。由于抽吸槽下游连接真空罐，利用压差抽吸走上游流场的边界层，减小或者消除上游的扰动，抽吸效率高，提高了试验段的流场品质。
附图说明
13.图1为本实用新型中静喷管边界层抽吸装置的结构示意图；
14.图2为本实用新型静喷管边界层抽吸装置的局部放大示意图；
15.图3为一种优选实施方式中静风洞的结构示意图。
16.附图标号说明
[0017]1‑
收缩段；2
‑
抽吸槽；3
‑
喉道；4
‑
扩张段；11
‑
驱动段；12
‑
喷管段；13
‑
试验段；14
‑
双膜段；15
‑
连接段。
具体实施方式
[0018]
下面通过对本实用新型进行详细说明，本实用新型的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
[0019]
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0020]
根据本实用新型的第一方面，提供了一种静喷管边界层抽吸装置，如图1和2所示，包括位于静喷管收缩段1的抽吸槽2，所述抽吸槽的唇口与静喷管的内腔连通，出口经导气管与真空罐连接，工作时，由于收缩段下游连接真空罐，利用压差抽吸走收缩段上游流场的边界层，减小或者消除上游的扰动，提高试验段的流场品质。
[0021]
所述抽吸槽为三维环形结构，包括靠近喷管轴线一侧的内壁结构和远离喷管轴线一侧的外壁结构；所述内壁结构由唇口至出口依次包括cm段、mn段和nd段，所述cm段和nd段为直线段，方便加工，所述mn段作为cm段和nd段的连接段，为三次曲线段，光滑连接cm段和nd段；
[0022]
所述外壁结构由唇口至出口依次包括bi段和ie段，所述bi段为圆弧或三次曲线，所述ie段为样条曲线，i点为bi段和ie段的拐点；
[0023]
所述bi段的b点和cm段的m点为气流声速点，在该两点处气流达到声速，抽吸槽位于bm连线下游的槽体为扩张结构，气流经bm线后在抽吸槽继续膨胀加速，气流干扰不会前传回喷管；
[0024]
所述cm段的c点为抽吸槽内壁结构与静喷管收缩段的连接点(唇口起始点)，用于确定抽吸槽的唇口位置和唇口宽度，抽吸槽唇口位置设计为使得c点气流速度为0.5～0.8ma，抽吸槽唇口宽度设计为使得抽吸槽抽吸掉的流量占整个静喷管入口流量的30％以上。
[0025]
在一种优选的实施方式中，所述c点处剖面型线为椭圆或圆形，无瑕疵、无裂痕，避
免流场在唇口分离或者产生分离泡。
[0026]
在一种优选的实施方式中，所述c点到静喷管喉道3及下游的喷管内壁面高度光洁，为光滑过渡。
[0027]
在一种优选的实施方式中，所述bi段和ie段组成bie段，bie段结合nd段马赫数分布设计，b、m点处为声速点，通过特征线法迭代计算求解得到bie曲线，使气流经bm连线后在抽吸槽内持续加速减压。
[0028]
在一种优选的实施方式中，所述nd段上安装有压力传感器，压力传感器沿流向分布，用于实时监测抽吸槽内流向压力变化，无逆压梯度。优选地，所述压力传感器至少为三个。在一种优选的实施方式中，所述抽吸槽出口de下游的导气管中安装有电磁阀，用于控制抽吸槽的开关。
[0029]
根据本实用新型的第二方面，提供了一种静喷管，如图1所示，由上游至下游依次包括收缩段1、喉道3及扩张段4，收缩段上安装有第一方面所述的抽吸装置。
[0030]
根据本实用新型的第三方面，提供了一种静风洞，如图3所示，所述静风洞以第二方面所述的静喷管作为喷管段。
[0031]
在一种优选的实施方式中，所述静风洞可以为ludwieg管式静风洞，由上游至下游包括依次连接的驱动段11、喷管段12、试验段13、双膜段14和连接段15，所述驱动段11、喷管段12和试验段13连通，存储有风洞运行所需要的高温高压空气；所述双膜段14的两侧通过膜片封端，内部气压低于上游总压，直径为试验段直径的1.1～1.2倍，长度为其直径的1.1～1.3倍，膜片承压能力为上游总压的70％～90％；所述连接段15与真空罐连通，真空度为20pa以下。
[0032]
在本实用新型一种优选实施方式中，所述膜片的抗拉强度为60～95mpa，有高的可塑性、耐蚀性，强度低，易承受各种压力加工和引伸、弯曲，优选采用牌号1035(或1a30)工业纯铝制得。
[0033]
在本实用新型一种优选实施方式中，所述双膜段两侧的膜片以膜片圆心为起始点单面刻槽，刻槽沿周向每60
°
加工一条，成辐射状，刻槽面统一朝向下游。
[0034]
在本实用新型一种优选实施方式中，所述连接段15的直径与双膜段14直径一致，长度为0.5～1m。
[0035]
当然，所述静风洞还可以为其他已有的静风洞，在此不再赘述。
[0036]
以上结合具体实施方式和范例性实例对本实用新型进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本实用新型的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本实用新型精神和范围的情况下，可以对本实用新型技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本实用新型的范围内。本实用新型的保护范围以所附权利要求为准。
[0037]
本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。