[科普中国]-高焓激波风洞

简介

高焓激波风洞以其较高的焓值，可产生模拟高超声速飞行所需的速度及总温条件，具有研究高温真实气体效应的能力。相比于其他高焓设备如激波管（试验时间短）、弹道靶（模型尺度小）和电弧风洞（总温不足）等，它具有不可替代的优势及广泛的发展前景，是当前开展再入问题研究的有效地面试验设备1。

背景由于驱动能力或者高温高压气源的限制，以及设备材料的强度束缚，目前地面上完整复现真实高超声速飞行的来流条件和尺度仍然是一个非常有挑战性的课题，地面试验设备通常是模拟高超声速流动的某些关键参数来研究与之相关的流动现象2。

原理高焓激波风洞利用强激波将空气加热到很高的温度和压力，然后通过喷管将加热气源膨胀加速到设计的马赫数。与国际上所有的高焓激波风洞类似，压缩试验气体的强激波速度较高，导致高焓激波风洞流场试验时间一般很短，仅为毫秒量级，且焓值越高，试验时间越短，如T4自由活塞激波风洞在焓值大于15MJ/kg时，试验时间小于1ms。另外，有效试验时间受到喷管起动激波、反射激波/边界层/接触面相互作用导致的气体污染等影响，使得风洞试验结果数据曲线中有效区域的分辨存在较大的难度，进而影响到试验结果的可靠性以及精度，因此确定高焓激波风洞流场的有效试验时间成为风洞试验的必需。

组成由爆轰驱动段、卸爆段、被驱动段、喷管、试验段、真空容器及真空抽气机等组成。试验喷管出口直径为500mm，锥度为7°7′的锥形喷管，喉道直径为11mm。利用驱动段爆轰波后产生的高温、高压气体作为驱动气体，风洞可以在获得高总焓的同时具有高总压的试验气流，具有模拟高温气体效应的能力。大量的理论分析、试验研究以及数值模拟为其工作原理、驱动性能及驱动的关键技术方面提供了可靠的依据，并且改善了试验气流的品质。