本發(fā)明專利技術公開了一種混合噴管流道壁面確定方法、混合噴管和超聲速混合風洞，該混合噴管流道壁面的確定方法包括以下步驟：給出待確定噴管的出口截面的圖形，并且確定圖形的外接圓；將外接圓作為假想的圓形噴管的出口截面利用特征線法確定圓形噴管的曲線型面；根據(jù)圓形噴管的曲線型面提取流道的流線族；以及確定圖形上各點所對應的流線族中的流線，其中，圖形上各點的流線構成待確定噴管的流道壁面。根據(jù)本發(fā)明專利技術的超音速混合風洞，實現(xiàn)了三維混合流場，提高了混合效率，流場品質(zhì)堪比二維或軸對稱流場，并且方形的外噴管和實驗段便于觀測技術的實施。
【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及一種噴管流道壁面的確定方法、由該確定方法得到的混合噴管和具有該混合噴管的超聲速混合風洞。
技術介紹
超聲速混合流場研究是現(xiàn)代空氣動力學研究的熱點和難點問題，廣泛存在于超燃沖壓發(fā)動機、超聲速引射器、高速導彈氣幕冷卻光學窗口、以及高能激光器的氣動窗口等流場中，所涉及的流動穩(wěn)定性、轉捩、渦結構相互作用和湍流等問題遠較不可壓縮混合流場復雜，具有重要的工程和理論價值，相關研究亟待深入開展。超聲速混合風洞是產(chǎn)生超聲速混合流場所必需的實驗裝置。一般采用兩個超聲速噴管產(chǎn)生參數(shù)不同的兩股超聲速氣流，并通過一定的布局方式使兩股氣流在實驗段內(nèi)摻混形成混合流場。由于存在不穩(wěn)定性，風洞邊界的任何微小擾動都可能改變混合流場結構，導致轉捩提前發(fā)生，甚至在來流流場品質(zhì)較差的風洞中，來流邊界層和實驗段壁面本身就存在各種頻率的擾動，這對于研究混合流場結構是十分不利的。超聲速混合流場具有三維、非定常和多尺寸的特征，定量流動成像技術是研究這些特征的重要手段，它需要混合風洞具有良好的光學測量環(huán)境，相應的風洞光學窗口需要有針對性地設計。美國斯坦福大學的博士論文 “An experimental investigation of highcompressibility mixinglayers. T. Rossmann, 2001 ”在廣泛借鑒已有混合風洞經(jīng)驗的基礎上，提出了基于激波管和高壓儲氣罐驅動的可壓縮混合風洞。該風洞的高速流動由激波管驅動，低速流動由鋁制儲氣罐供應，是典型的下吹式風洞。風洞噴管段上、下避免分別為高、低速噴管壁，二者之間利用分隔板隔開從而在噴管出口產(chǎn)生馬赫數(shù)不同的氣流。噴管無粘壁面曲線采用特征線法設計，邊界層的影響采用經(jīng)驗公式修正。噴管段的下游連接風洞實驗段，其尺寸為IOcm寬、40cm高、1. 2m長，實驗段上壁面和兩側壁開有光學窗口，以便于光學檢測技術實施。由于原激波管是一種炮風洞的驅動系統(tǒng)，相應的混合風洞噴管與實驗段實際是放置在該炮風洞的實驗段中。國防科技大學博士論文“超聲速混合層時空結構的實驗研究，趙玉新，2008”設計的超聲速混合風洞主要由三部分組成穩(wěn)定段、雙噴管與實驗段，相應的配套設備還包括總壓調(diào)節(jié)器以及真空設備等。該風洞的來流可以通過干燥器、除塵機和空調(diào)進行處理。總壓調(diào)節(jié)器可以連續(xù)調(diào)節(jié)低速層來流總壓，實現(xiàn)混合流場的壓力匹配；雙噴管以B-樣曲線為基礎進行設計，能夠為混合流場提供均勻的來流條件工作時間長達2分鐘以上，可以完全消除風洞啟動和關閉的影響。目前，現(xiàn)有噴管設計技術只能設計二維或軸對稱噴管，無法設計混合效率較高的三維混合流道。另外，若通過簡單的曲面插值而不考慮啟動特性，所設計的混合噴管出口截面流場品質(zhì)難以保證，實驗數(shù)據(jù)分析十分困難
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的在于提供一種超聲速混合風洞、混合噴管和混合噴管流道壁面的確定方法，以實現(xiàn)三維混合流道。為此，根據(jù)本專利技術的一方面，提供了一種混合噴管流道壁面的確定方法，包括以下步驟給出待確定噴管的出口截面的圖形，并且確定圖形的外接圓；將外接圓作為假想的圓形噴管的出口截面利用特征線法確定圓形噴管的曲線型面；根據(jù)圓形噴管的曲線型面提取流道的流線族；以及確定圖形上各點所對應的流線族中的流線，其中，圖形上各點的流線構成待確定噴管的流道壁面。進一步地，上述將外接圓作為假想的出口截面利用特征線法確定圓形噴管的曲線型面包括以下步驟根據(jù)待確定噴管的進口位置、出口位置和馬赫數(shù)約束，確定中心線長度和馬赫數(shù)分布；以及根據(jù)出口流場設計約束，確定出口點，根據(jù)特征線法確定流道的曲線型面，根據(jù)軸對稱性得到圓形噴管的曲線型面。根據(jù)本專利技術的另一方面，提供了一種超聲速混合風洞的混合噴管，包括外噴管和與外噴管同軸設置的內(nèi)噴管，其中，外噴管和內(nèi)噴管的流道壁面的形狀根據(jù)上面所描述的混合噴管流道壁面確定方法來確定。進一步地，上述外噴管的出口截面的圖形為方形。進一步地，上述內(nèi)噴管的進口的截面圖形為方形，內(nèi)噴管的出口的截面圖形由方形的每條邊呈弧形向對稱中心內(nèi)凹形成。進一步地，上述混合噴管的內(nèi)噴管的出口伸出外噴管的出口，內(nèi)噴管的進口縮進外噴管的進口。本專利技術還提供了一種超聲速混合風洞，包括依次連接的過渡段、穩(wěn)定段、噴管段、實驗段和擴壓段，其特征在于，穩(wěn)定段和實驗段的任一軸向位置的截面為方形，噴管段由根據(jù)上面所描述的混合噴管形成。進一步地，上述穩(wěn)定段為方形截面的外管道和與外管道同軸設置的方形截面的內(nèi)管道，其中，外管道的入口處設有用以調(diào)整低壓馬赫數(shù)氣流總壓的截流孔板，內(nèi)管道和外管道均設有整流裝置。進一步地，上述整流裝置包括用于抑制來流的橫向脈動的蜂窩器和用于碎裂旋渦的沙網(wǎng)。進一步地，上述過渡段為預整流管道，預整流管道的進口截面為圓形，出口截面為方形。根據(jù)本專利技術的超音速混合風洞，混合噴管為外方內(nèi)異形的同軸噴管，實現(xiàn)了三維混合流場，提高了混合效率，其流場品質(zhì)堪比二維或軸對稱流場，另外，方形的外噴管和實驗段便于觀測技術的實施。除了上面所描述的目的、特征、和優(yōu)點之外，本專利技術具有的其它目的、特征、和優(yōu)點，將結合附圖作進一步詳細的說明。附圖說明構成本說明書的一部分、用于進一步理解本專利技術的附圖示出了本專利技術的優(yōu)選實施例，并與說明書一起用來說明本專利技術的原理。圖中圖1是根據(jù)本專利技術的超聲速混合風洞的示意圖2是根據(jù)本專利技術的超聲速混合風洞的過渡段的結構示意圖；圖3是圖2所示過渡段的端面示意圖；圖4是根據(jù)本專利技術的超聲速混合風洞的穩(wěn)定段的端面示意圖；圖5是圖4所示穩(wěn)定段的A-A剖視圖；圖6是根據(jù)本專利技術的超聲速混合風洞的截流孔板的結構示意圖；圖7是根據(jù)本專利技術的超聲速混合風洞的噴管段的立體結構示意圖；圖8是圖7所示噴管段的正面結構示意圖；圖9是圖7所示噴管段的B-B剖視圖；圖10是圖7所示噴管段的前端面示意圖；圖11是圖7所示噴管段的后端面示意圖；圖12是根據(jù)本專利技術的超聲速混合風洞的實驗段的立體結構示意圖；圖13是根據(jù)本專利技術的超聲速混合風洞的擴壓段的結構示意圖；圖14是圖13所示擴壓段的后端面示意圖；圖15a、圖15b和圖15c是根據(jù)本專利技術的超聲速混合風洞的噴管段的三種出口截面的不意圖；圖16a、圖16b和圖16c是根據(jù)本專利技術的超聲速混合風洞的噴管段的三種出口截面的外接圓的示意圖；圖17是根據(jù)本專利技術的混合噴管的獲取方法中假想的圓形噴管的軸線及其馬赫數(shù)分布的示意圖；圖18是根據(jù)本專利技術的混合噴管的獲取方法中假想的圓形噴管的流道設計圖；圖19是根據(jù)本專利技術的混合噴管的獲取方法中假想的圓形噴管的流線族的示意圖；圖20a、圖20b和圖20c是根據(jù)本專利技術的混合噴管的獲取方法中外噴管的三種出口截面的定流線的示意圖；圖21a、圖21b和圖21c是根據(jù)本專利技術的混合噴管的獲取方法中內(nèi)噴管的三種出口截面的定流線的示意圖；以及圖22是根據(jù)本專利技術的混合噴管的獲取方法獲得的混合噴管的氣動型面的線框圖。具體實施例方式以下結合附圖對本專利技術的實施例進行詳細說明，但是本專利技術可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。圖1是根據(jù)本專利技術的超聲速混合風洞的示意圖。如圖1所示，本專利技術的超聲速混合風洞包括順次連接的過渡段10、穩(wěn)定段20、噴管段30、實驗段40、以及擴壓段50。圖2和圖3示出了根據(jù)本專利技術的超聲速混合風洞的過渡段的示意性結構。如圖2和圖3所示，過渡段10的進口 11為圓形，本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
一種混合噴管流道壁面的確定方法，包括以下步驟：給出待確定噴管的出口截面的圖形，并且確定所述圖形的外接圓；將所述外接圓作為假想的圓形噴管的出口截面，利用特征線法確定所述圓形噴管的曲線型面；根據(jù)所述圓形噴管的曲線型面提取流道的流線族；以及確定所述圖形上各點所對應的所述流線族中的流線，其中，所述圖形上各點的流線構成所述待確定噴管的流道壁面。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：趙玉新，趙延輝，馬志成，
申請(專利權)人：中國人民解放軍國防科學技術大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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