一種來流參數寬范圍可調的亞-超剪切層研究實驗裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種來流參數寬范圍可調的亞?超剪切層研究實驗裝置，包括相連接且內部連通的試驗段腔體和觀察段腔體，試驗段腔體的前端用于與亞聲速氣流裝置相連通；試驗段腔體內沿軸向安裝有超聲速噴管，超聲速噴管與高溫氣流相連通，超其內內用于高溫氣流貫穿通過，變為超聲速氣流；超聲速噴管與試驗段腔體的走向相一致，其后端穿出試驗段腔體的后端；超聲速噴管的寬度與試驗段腔體的寬度相一致，安裝超聲速噴管后，將試驗段腔體內分成上下兩個獨立的流道，使進入的亞聲速氣流分成對應的兩路，由該兩個流道貫穿通行，超聲速氣流與亞聲速氣流由對應的出口進入觀察段腔體內，進入的同時，兩種氣流進行剪切混合。能夠滿足來流參數寬范圍可調節的亞?超剪切層發展特性研究。

An experimental device for study of sub super shear layer with adjustable wide range of incoming parameters

The invention discloses a sub-super-shear layer research experimental device with adjustable inflow parameters in a wide range, including a connected and internally connected test section cavity and an observation section cavity, and the front end of the test section cavity is used for connecting with the subsonic gas flow device; a supersonic nozzle and a supersonic nozzle are installed along the axial direction in the test section cavity. Connected with the high temperature air flow, the supersonic nozzle is changed into the supersonic air flow after the high temperature air flow penetrating through it; the direction of the supersonic nozzle is consistent with the cavity of the test section, and the rear end of the supersonic nozzle penetrates the back end of the cavity of the test section; the width of the supersonic nozzle is consistent with the width of the cavity of the test section; after the supersonic nozzle is installed, the cavity of the test section is changed. The body is divided into two separate channels, so that the subsonic flow into the corresponding two channels, through the two channels, supersonic flow and subsonic flow from the corresponding outlet into the observation section of the cavity, into the same time, the two kinds of flow shear mixing. It can meet the development characteristics of the sub shear super shear layer with wide range of incoming parameters.

【技術實現步驟摘要】
一種來流參數寬范圍可調的亞-超剪切層研究實驗裝置
本專利技術屬于內嵌火箭沖壓組合發動機
，具體涉及一種來流參數寬范圍可調的亞-超剪切層研究實驗裝置。
技術介紹
內嵌火箭沖壓組合發動機以其能夠兼顧火箭發動機的大推力性能以及沖壓發動機的高比沖性能而被廣泛關注，自然其工作過程中所涉及的流動燃燒問題的研究則具有重要意義。超聲速火箭尾流與亞聲速沖壓氣流之間的混合流動過程對于燃燒室的高效燃燒及發動機性能具有直接影響關系。因此，對于亞-超剪切層一類的可壓縮剪切層研究十分必要。相比于一般可壓縮剪切混合流動而言，火箭尾氣與沖壓氣流之間形成的剪切層具有速度梯度大、溫度梯度大、發展空間受限等特點，從而導致剪切混合流可壓縮性更強，流場結構更加復雜。而目前，對于亞-超剪切層的實驗研究多針對相對較小的速度梯度以及溫度梯度工況展開。例如，比較典型的Stanford大學高溫氣動實驗室(JournalofFluidMechanical,1995)的可壓縮剪切層實驗裝置為二維平面亞-超剪切，主要包括增壓段、試驗段、擴張段等，其中增壓段內由超聲速噴管和亞聲速噴管組成，中間由隔板隔開；而亞聲速和超聲速氣流均是經過空壓機壓縮進入一定規格的儲箱，并分別在各自控制閥的作用下提供來流條件。該裝置實驗過程中速度范圍為110～508m/s,溫度為常溫；后期經過改進(TobiasRossmann的博士論文)，溫度最高可達700K。國內國防科學技術大學的超聲速混合層風洞(趙玉新博士論文)為真空抽吸式結構，主要用于研究超-超氣流之間的剪切作用，實驗溫度為常溫，速度范圍為400～670m/s。綜合國內外的研究發現，目前亞-超剪切層研究的實驗裝置大多針對對流馬赫數Mc<1，的情況開展研究，Mc＝(u1-u2)/(c1+c2),其中u為氣流速度，c為氣流的當地聲速，而對于更高的Mc狀態相應的實驗研究則較少。因此，一種來流參數大梯度寬范圍可調節的亞-超剪切層研究實驗裝置的設計尤為重要。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種來流參數寬范圍可調的亞-超剪切層研究實驗裝置，能夠滿足來流參數寬范圍可調節的亞-超剪切層發展特性研究。為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案是，一種來流參數寬范圍可調的亞-超剪切層研究實驗裝置，包括相連接且內部連通的試驗段腔體和觀察段腔體，試驗段腔體的前端用于與亞聲速氣流裝置相連通；試驗段腔體內沿軸向安裝有超聲速噴管，超聲速噴管與高溫氣流相連通，其內用于高溫氣流貫穿通過，變為超聲速氣流；超聲速噴管與試驗段腔體的走向相一致，其后端穿出試驗段腔體的后端；超聲速噴管的寬度與試驗段腔體的寬度相一致，安裝超聲速噴管后，將試驗段腔體內分成上下兩個獨立的流道，使進入的亞聲速氣流分成對應的兩路，由該兩個流道貫穿通行，超聲速氣流與亞聲速氣流由對應的出口進入觀察段腔體內，進入的同時，兩種氣流進行剪切混合。進一步地，還包括燃氣發生器，燃氣發生器與超聲速噴管相連通，其內用于不同當量比的乙烯與空氣混合燃燒，以提供不同溫度的高溫氣流。進一步地，該聲速噴管沿氣流流向上包括依次相連接的支板、燃氣整流段和拉法爾噴管段；支板沿氣流流向包括一體連接的實心楔形段和等直段，等直段與燃氣整流段的進口端一體密封連接；燃氣整流段和拉法爾噴管段一體連接、且相連通，形成貫通的腔體，且在沿氣流方向上，拉法爾噴管段的內型面為拉法爾結構；燃氣整流段上、且位于其前端開設有連通外部與腔體的通孔。進一步地，該試驗段腔體上、且位于其前端，開設有垂直腔體、并與腔體相連通的高溫氣流通道，用于連通燃氣發生器和超聲速噴管；在裝配時，高溫氣流通道的位置與通孔的位置相對應。進一步地，該試驗段腔體與超聲速噴管可拆卸安裝，試驗段腔體的前后側的內壁上軸向設置有凸棱，超聲速噴管的外壁上，其相對側軸向開設有與凸棱相配裝的凹槽。進一步地，該試驗段腔體和觀察段腔體可拆卸連接，實現方式為：在試驗段腔體和觀察段腔體上、且位于連接處開設連接孔，連接孔通過固定銷連接固定。進一步地，該燃氣整流段內，且與通孔相對側面，內側壁沿氣流流向方向為圓弧狀。進一步地，該超聲速噴管安裝于試驗段腔體的中軸線位置處。進一步地，該觀察段腔體的壁體采用光學玻璃，光學玻璃通過設置于其上的蓋板與試驗段腔體固定，并且蓋板只覆蓋于光學玻璃的四邊上。本專利技術還公開了上述的一種超聲速噴管，其內部用于氣流貫通穿過，沿氣流流向上包括依次相連接的支板、燃氣整流段和拉法爾噴管段；支板沿氣流流向包括一體連接的實心楔形段和等直段，等直段與燃氣整流段的進口端一體密封連接；燃氣整流段和拉法爾噴管段一體連接、且相連通，形成貫通的腔體，且在沿氣流方向上，拉法爾噴管段的內型面為拉法爾結構；燃氣整流段上、且位于其前端開設有連通外部與腔體的通孔。本專利技術一種來流參數寬范圍可調的亞-超剪切層研究實驗裝置具有如下優點：采用乙烯燃燒加熱方式獲得高溫燃氣，并通過調整燃料和空氣的當量比以實現溫度的寬范圍調節，通過調整可拆卸的超聲速噴管段拉伐爾噴管的擴張比實現速度的寬范圍調節，并由此獲得來流參數寬范圍可調節的亞-超剪切層；這樣能夠更加真實的模擬實際工作過程中高溫燃氣與常溫沖壓氣流之間的剪切混合作用，結合測試技術掌握亞-超剪切層發展規律及來流參數對剪切層增長率的影響特性，對于工程實際應用中提出合理適用的增強混合措施奠定基礎，同時對于深入了解亞-超剪切混合流這類湍流流動問題提供實驗數據支撐。同時，本專利技術具有簡單、易實現的優勢。附圖說明圖1是本專利技術一種來流參數寬范圍可調的亞-超剪切層研究實驗裝置的后視結構示意圖。圖2為本專利技術一種來流參數寬范圍可調的亞-超剪切層研究實驗裝置的后視結構示意圖的D-D剖面圖；圖3為本專利技術中超聲速噴管的縱剖面圖；圖4為試驗段腔體內紋影實驗結果；圖5為紋影實驗獲得的歸一化厚度增長率與理論結果對比圖；其中：1.試驗段腔體；2.觀察段腔體；3超聲速噴管；3-1.支板；3-2.燃氣整流段；3-3.拉法爾噴管段；4.燃氣發生器；5.觀測窗；6.蓋板；7.高溫氣流通道；8.連接孔；9.固定銷。具體實施方式本專利技術一種來流參數寬范圍可調的亞-超剪切層研究實驗裝置，如圖1和圖2所示，包括相連接且內部連通的試驗段腔體1和觀察段腔體2，試驗段腔體1的前端用于與亞聲速氣流裝置相連通；試驗段腔體1內沿軸向安裝有超聲速噴管3，超聲速噴管3與高溫氣流相連通，其內用于高溫氣流貫穿通過，變為超聲速氣流；超聲速噴管3與試驗段腔體1的走向相一致，其后端穿出試驗段腔體1的后端；超聲速噴管3的寬度與試驗段腔體1的寬度相一致，安裝超聲速噴管3后，將試驗段腔體1內分成上下兩個獨立的流道，使進入的亞聲速氣流分成對應的兩路，由該兩個流道貫穿通行，超聲速氣流與亞聲速氣流由對應的出口進入觀察段腔體2內，進入的同時，兩種氣流進行剪切混合。還包括燃氣發生器4，燃氣發生器4與超聲速噴管3相連通，其內用于不同當量比的乙烯與空氣混合燃燒，以提供不同溫度的高溫氣流。如圖3所示，超聲速噴管3沿氣流流向上包括依次相連接的支板3-1、燃氣整流段3-2和拉法爾噴管段3-3；支板3-1沿氣流流向包括一體連接的實心楔形段和等直段，等直段與燃氣整流段3-2的進口端一體密封連接；燃氣整流段3-2和拉法爾噴管段3-3一體本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種來流參數寬范圍可調的亞?超剪切層研究實驗裝置，其特征在于，包括相連接且內部連通的試驗段腔體(1)和觀察段腔體(2)，所述試驗段腔體(1)的前端用于與亞聲速氣流裝置相連通；所述試驗段腔體(1)內沿軸向安裝有超聲速噴管(3)，所述超聲速噴管(3)與高溫氣流相連通，其內用于高溫氣流貫穿通過，變為超聲速氣流；超聲速噴管(3)的寬度與試驗段腔體(1)的寬度相一致，安裝超聲速噴管(3)后，將試驗段腔體(1)內分成上下兩個獨立的流道，使進入的亞聲速氣流分成對應的兩路，由該兩個流道貫穿通行，超聲速氣流與亞聲速氣流由對應的出口進入觀察段腔體(2)內，進入的同時，兩種氣流進行剪切混合。

【技術特征摘要】
1.一種來流參數寬范圍可調的亞-超剪切層研究實驗裝置，其特征在于，包括相連接且內部連通的試驗段腔體(1)和觀察段腔體(2)，所述試驗段腔體(1)的前端用于與亞聲速氣流裝置相連通；所述試驗段腔體(1)內沿軸向安裝有超聲速噴管(3)，所述超聲速噴管(3)與高溫氣流相連通，其內用于高溫氣流貫穿通過，變為超聲速氣流；超聲速噴管(3)的寬度與試驗段腔體(1)的寬度相一致，安裝超聲速噴管(3)后，將試驗段腔體(1)內分成上下兩個獨立的流道，使進入的亞聲速氣流分成對應的兩路，由該兩個流道貫穿通行，超聲速氣流與亞聲速氣流由對應的出口進入觀察段腔體(2)內，進入的同時，兩種氣流進行剪切混合。2.根據權利要求1所述的一種來流參數寬范圍可調的亞-超剪切層研究實驗裝置，其特征在于，還包括燃氣發生器(4)，所述燃氣發生器(4)與超聲速噴管(3)相連通，其內用于不同當量比的乙烯與空氣混合燃燒，以提供不同溫度的高溫氣流。3.根據權利要求1或2所述的一種來流參數寬范圍可調的亞-超剪切層研究實驗裝置，其特征在于，所述超聲速噴管(3)沿氣流流向上包括依次相連接的支板(3-1)、燃氣整流段(3-2)和拉法爾噴管段(3-3)；所述支板(3-1)沿氣流流向包括一體連接的實心楔形段和等直段，等直段與燃氣整流段(3-2)的進口端一體密封連接；所述燃氣整流段(3-2)和拉法爾噴管段(3-3)一體連接、且相連通，形成貫通的腔體，且在沿氣流方向上，所述拉法爾噴管段(3-3)的內型面為拉法爾結構；所述燃氣整流段(3-2)上、且位于其前端開設有連通外部與腔體的通孔(3-4)。4.根據權利要求3所述的一種來流參數寬范圍可調的亞-超剪切層研究實驗裝置，其特征在于，所述試驗段腔體(1)上、且位于其前端，開設有垂直腔體、并與腔體相連通的高溫氣流通道(7)，用于連通燃氣發生器(4)和超聲速噴管(3)；在裝配時，高溫氣流通道(7)的位置與通孔(3-4)的位置...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李江，馬凱，呂雪陽，李強，劉洋，陳錚夏，尚帥，
申請(專利權)人：西北工業大學，
類型：發明
國別省市：陜西,61