[科普中国]-高超声速脉冲风洞

背景

现代高超声速吸气式飞行器的发展,对发动机技术提出了新的挑战,在超燃技术的实用化还未取得突破性进展的时候,实现高超声速飞行还需要依赖于亚燃冲压发动机。超声速进气道是冲压发动机的重要部件之一,进气道的内部流动特性设计的好坏直接影响整个动力装置的总体性能,进气道需要控制发动机入口气流速度,为发动机提供足够的空气流量,提高燃烧室的燃烧效率等。同时考虑到其在高马赫数下长时间工作,必须对进气道的热、压环境进行考察。风洞模拟试验作为一种有效的研究手段,可测量进气道的进气道性能参数,压力、热流载荷分布情况,直接为进气道方案设计提供技术支持,也可为数值模拟提供参考1。

目的进气道的重要作用：

(1)使自由来流以最小的总压损失,通过超声速或亚声速扩压,将速度降低到发动机允许的入口速度；

(2)给发动机提供足够的空气流量,使发动机入口处流场具有较好的均匀性；

(3)进气道的阻力是由作用在进气道内外表面的压力在来流方向上的投影的合力，要使进气道阻力尽可能的小；

(4)提高稳定工作的流场范围,避免出现喘振；

(5)气流具有良好的动态响应能力；

(6)进入发动机的气流湍流度最小；

进气道试验就是为了寻找满足要求的进气道设计,研究进气道和发动机的匹配特性,研究进气道的气体动力学特性,研究合理的内部流道型面。超声速进气道试验一般在常规高超/高超声速风洞、推进风洞和激波风洞进行。

风洞参数它由驱动段、夹膜段、被驱动段、二道膜、喷管、试验段、真空罐、真空系统和压缩机系统等几个部分组成。

风洞驱动段内径为 150mm，长度为 9. 67m; 被驱动段内径为 155mm，长度17.1m; 型面喷管出口直径为 800mm; 试验段直径为 2m． 试验采用激波风洞运行方式，试验采用高超声速动态试验标准尖锥模型，其几何形状为底部直径 20mm，半锥角 10°的尖锥． 模型由硬质聚氨酯泡沫塑料轻质外壳和高密度钨铈合金配重构成，重心位置通过配重块调节2。