本發(fā)明涉及風(fēng)洞噴氣試驗(yàn)，特別是涉及一種針對(duì)邊界層噴氣控制轉(zhuǎn)捩試驗(yàn)的噴注裝置。

背景技術(shù)：

1、空氣流過(guò)壁面時(shí)，會(huì)在壁面附近形成一層速度梯度很大的區(qū)域，即邊界層。邊界層根據(jù)不同的流動(dòng)狀態(tài)分為層流邊界層和湍流邊界層。通常空氣流過(guò)壁面，邊界層流動(dòng)狀態(tài)沿壁面的發(fā)展由層流邊界層區(qū)域，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)捩區(qū)域，最終發(fā)展成為湍流。由于不同的邊界層流動(dòng)狀態(tài)有各自的特點(diǎn)，層流邊界層的壁面摩阻與導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較小，但抵抗逆壓梯度的能力較弱，容易發(fā)生流動(dòng)分離；湍流邊界層的摩阻與導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較大，但抵抗逆壓梯度的能力較強(qiáng)，更不容易發(fā)生流動(dòng)分離。因此，在設(shè)計(jì)飛行器時(shí)，根據(jù)不同工況對(duì)邊界層轉(zhuǎn)捩施加控制，延緩/促進(jìn)邊界層轉(zhuǎn)捩可以使飛行器擁有更高的氣動(dòng)效率。目前，對(duì)邊界層轉(zhuǎn)捩控制的研究是空氣動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。

2、邊界層轉(zhuǎn)捩控制大體分為主動(dòng)噴氣控制轉(zhuǎn)捩控制與粗糙元被動(dòng)轉(zhuǎn)捩兩大類(lèi)，其中主動(dòng)噴氣控制轉(zhuǎn)捩控制因其可以自由控制噴注壓比從而達(dá)到不同的控制效果，在目前的研究中更受關(guān)注。主動(dòng)噴氣控制轉(zhuǎn)捩通過(guò)在壁面布置噴孔，向主流噴注欠膨脹射流從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)捩的效果。

3、為開(kāi)發(fā)更高效的主動(dòng)噴氣控制轉(zhuǎn)捩控制技術(shù)，需要在風(fēng)洞中開(kāi)展大量試驗(yàn)以研究不同噴流參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)捩控制效果的影響規(guī)律。其中，噴注壓力與噴注氣體分子量均是重要的噴注參數(shù)。下式展示了來(lái)流靜壓與總壓的關(guān)系：

4、

5、式中， p 0為總壓， p為靜壓， γ為比熱容比， ma為馬赫數(shù)。根據(jù)上式可以看出，在風(fēng)洞總壓一定的情況下，模擬的來(lái)流馬赫數(shù)越高，來(lái)流靜壓越低。在目前風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)M的馬赫數(shù)下，來(lái)流靜壓最低可到200pa，相應(yīng)的噴注壓力最低可達(dá)2000pa，接近真空狀態(tài)。目前風(fēng)洞中針對(duì)氣體噴流試驗(yàn)的供氣通常采取用減壓閥對(duì)高于大氣壓的氣源進(jìn)行減壓，但該做法存在以下問(wèn)題：一是常見(jiàn)的減壓閥最多只能將壓力減小到大氣壓附近，因此采用風(fēng)洞自帶的供氣系統(tǒng)難以將壓力減到遠(yuǎn)低于大氣壓的壓力，更無(wú)法達(dá)到接近真空狀態(tài)的2000pa；二是該做法測(cè)量的壓力是減壓閥出口壓力，并未扣除減壓閥到噴孔之間的沿程壓力損失，使得實(shí)際噴注的壓力低于減壓閥出口的壓力；三是氣源與風(fēng)洞供氣系統(tǒng)配套，噴注氣體的種類(lèi)只能選用供氣系統(tǒng)已有的氣體，難以開(kāi)展不同噴注氣體對(duì)促進(jìn)轉(zhuǎn)捩效果的研究。因此采用傳統(tǒng)的風(fēng)洞供氣系統(tǒng)無(wú)法達(dá)到噴氣控制轉(zhuǎn)捩要求的噴注壓力，并且難以對(duì)壓力實(shí)現(xiàn)精確控制，更不能按需求更換供氣系統(tǒng)配套氣源以外的噴注氣體。

6、綜上考慮，本發(fā)明提出了一種針對(duì)邊界層噴氣控制轉(zhuǎn)捩試驗(yàn)的噴注裝置，通過(guò)合理設(shè)置儲(chǔ)氣罐的體積、管路直徑、壓力傳感器位置，一方面能夠?qū)娮毫p小到最低2000pa，并且對(duì)壓力實(shí)現(xiàn)精確控制，使得實(shí)際噴注壓力與設(shè)計(jì)噴注壓力基本一致，另一方面通過(guò)可拆卸的氣源，實(shí)現(xiàn)噴注氣體種類(lèi)的自由更換，使得研究不同噴注氣體控制轉(zhuǎn)捩的效果成為現(xiàn)實(shí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種邊界層噴氣控制轉(zhuǎn)捩試驗(yàn)的噴注裝置，可實(shí)現(xiàn)接近真空狀態(tài)的超低壓供氣、精確控制噴注壓力，以及自由更換噴注氣體種類(lèi)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)更快速度飛行的吸氣式發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣控制轉(zhuǎn)捩試驗(yàn)的供氣、提升試驗(yàn)的精確度、拓展試驗(yàn)研究噴注氣體的種類(lèi)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明如下：

3、一種針對(duì)邊界層噴氣控制轉(zhuǎn)捩試驗(yàn)的噴注裝置，包括：安裝于風(fēng)洞內(nèi)部的試驗(yàn)?zāi)Ｐ秃惋L(fēng)洞外部的噴注系統(tǒng)；

4、所述試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕瞎潭v室和絕壓傳感器，其中絕壓傳感器一端直接與駐室相連，另一端通過(guò)信號(hào)線與顯示器相連；

5、噴注系統(tǒng)包括儲(chǔ)氣罐、氣源，其中儲(chǔ)氣罐通過(guò)依次設(shè)置第一閥門(mén)、減壓閥的氣源管與氣源連接；儲(chǔ)氣罐通過(guò)帶有第二閥門(mén)的噴氣管穿過(guò)風(fēng)洞洞壁連接駐室，駐室上設(shè)有噴孔；儲(chǔ)氣罐還通過(guò)設(shè)置第三閥門(mén)的減壓管穿過(guò)風(fēng)洞洞壁連通至風(fēng)洞內(nèi)部的風(fēng)洞流場(chǎng)；在儲(chǔ)氣罐上裝有讀取儲(chǔ)氣罐內(nèi)壓力的真空表。

6、作為優(yōu)選方式，a、風(fēng)洞抽真空時(shí)，讓噴注系統(tǒng)內(nèi)的余氣隨減壓管排向風(fēng)洞內(nèi)，隨風(fēng)洞抽真空的過(guò)程一起抽走；

7、當(dāng)壓力接近真空并難以繼續(xù)下降時(shí)讓氣源中的氣體注入儲(chǔ)氣罐，當(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力不低于噴氣控制轉(zhuǎn)捩試驗(yàn)所需滯止壓力的150%時(shí)，讓噴注系統(tǒng)內(nèi)的氣體隨噴氣管、減壓管流向風(fēng)洞內(nèi)真空環(huán)境，

8、當(dāng)儲(chǔ)氣罐壓力降至噴氣控制轉(zhuǎn)捩試驗(yàn)所需滯止壓力的110%時(shí)，讓噴注系統(tǒng)內(nèi)的氣體僅通過(guò)噴氣管流經(jīng)駐室，再通過(guò)駐室的噴孔排向風(fēng)洞的真空環(huán)境，

9、b、在風(fēng)洞開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，噴注系統(tǒng)通過(guò)噴氣管向駐室供給噴氣控制轉(zhuǎn)捩試驗(yàn)所需滯止壓力的氣體；

10、作為優(yōu)選方式，噴注裝置的噴注壓力最低降至接近真空狀態(tài)的2000pa。

11、作為優(yōu)選方式，氣源與氣源管可拆卸式連接，氣源的噴注氣體種類(lèi)可更換。

12、作為優(yōu)選方式，通過(guò)設(shè)置儲(chǔ)氣罐的體積、噴氣管管路直徑、絕壓傳感器位置，將噴注壓力減小到最低2000pa，控制噴注壓力使得實(shí)際噴注壓力與設(shè)計(jì)噴注壓力一致。

13、作為優(yōu)選方式，儲(chǔ)氣罐的容積>0.5m3，噴氣管的內(nèi)徑截面積不低于駐室所有噴孔面積總和的3倍，噴氣管內(nèi)徑>15mm，減壓管內(nèi)徑不低于20mm。

14、這樣設(shè)置的原因在于：由于儲(chǔ)氣罐中氣壓會(huì)隨氣體的噴出逐漸減小，為了穩(wěn)壓，儲(chǔ)氣罐的容積不宜太?。ㄈ莘e>0.5m3）。因?yàn)閲娍滋幉捎寐曀賴(lài)娮?，加上沿程邊界層增厚，噴氣管的?nèi)徑截面積不低于所有噴孔面積總和的3倍，因此噴氣管內(nèi)徑不宜太小（>15mm）。減壓管需要快速排氣減壓，內(nèi)徑不低于20mm。

15、作為優(yōu)選方式，所述噴注裝置，風(fēng)洞抽真空時(shí)，關(guān)閉第一閥門(mén)、減壓閥、第二閥門(mén)，打開(kāi)第三閥門(mén)，讓噴注系統(tǒng)內(nèi)的余氣隨減壓管排向風(fēng)洞內(nèi)，隨風(fēng)洞抽真空一起抽走；讀取儲(chǔ)氣罐上的真空表的壓力，當(dāng)壓力接近真空并難以繼續(xù)下降時(shí)關(guān)閉第三閥門(mén)，打開(kāi)第一閥門(mén)，轉(zhuǎn)動(dòng)減壓閥，讓氣源中的氣體注入儲(chǔ)氣罐，并讀取真空表上的壓力，當(dāng)壓力不低于噴氣控制轉(zhuǎn)捩試驗(yàn)所需滯止壓力的150%時(shí)，依次關(guān)閉第一閥門(mén)、減壓閥，然后依次打開(kāi)第二閥門(mén)，打開(kāi)第三閥門(mén)，讓噴注系統(tǒng)內(nèi)的氣體隨噴氣管、減壓管流向風(fēng)洞內(nèi)真空環(huán)境，并通過(guò)顯示器讀取直接連接在駐室上的絕壓傳感器的壓力，當(dāng)壓力降至噴氣控制轉(zhuǎn)捩試驗(yàn)所需滯止壓力的110%時(shí)，關(guān)閉第三閥門(mén)，讓噴注系統(tǒng)內(nèi)的氣體僅通過(guò)噴氣管流經(jīng)駐室，再通過(guò)駐室的噴孔排向風(fēng)洞的真空環(huán)境，當(dāng)絕壓傳感器的壓力等于噴氣控制轉(zhuǎn)捩試驗(yàn)所需滯止壓力時(shí)，關(guān)閉第二閥門(mén)；

16、在風(fēng)洞開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，打開(kāi)第二閥門(mén)，噴注系統(tǒng)通過(guò)噴氣管向駐室供給噴氣控制轉(zhuǎn)捩試驗(yàn)所需滯止壓力的氣體；需要研究不同噴注氣體對(duì)轉(zhuǎn)捩的影響時(shí)，更換所需噴注氣體的氣源即可。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明利用風(fēng)洞運(yùn)行前抽真空的過(guò)程，排出噴注系統(tǒng)內(nèi)的余氣使其接近真空狀態(tài)，然后通過(guò)可拆卸氣源將氣體注入儲(chǔ)氣罐，并隨之放氣減壓至噴注所需滯止壓力，相比于直接采用風(fēng)洞現(xiàn)有的供氣系統(tǒng)相比，具有以下好處：一是結(jié)合風(fēng)洞抽真空的過(guò)程，可以提供接近真空狀態(tài)2000pa的超低壓氣源；二是調(diào)試壓力參考的是與駐室直接相連的絕壓傳感器，相比于參考供氣系統(tǒng)出口減壓閥的壓力，減小了沿程壓力損失的誤差，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴注壓力的精確控制；三是采用可拆卸的氣源，可根據(jù)試驗(yàn)需要購(gòu)買(mǎi)裝有相應(yīng)氣體的氣源，拓展了試驗(yàn)研究的噴注氣體種類(lèi)。