雙活塞對向壓縮風洞優(yōu)化設計
發(fā)布時間：2021-02-23 19:30
雙活塞對向壓縮風洞是一種高超聲速氣流地面模擬試驗設備,主要用來開展燃料在高超聲速氣流中燃燒的研究工作。本文圍繞雙活塞對向壓縮風洞試驗設備,主要開展以下工作:（1）國內外大部分高超聲速氣流試驗設備的有效試驗時間很短,通常都是毫秒量級,為滿足長時間觀察高超聲速氣流的燃燒現(xiàn)象,針對雙活塞對向壓縮風洞提出試驗設備的優(yōu)化方案。（2）對雙活塞對向壓縮風洞優(yōu)化方案進行簡單介紹,簡化分析風洞設備運行時試驗氣體狀態(tài)參數(shù)變化,簡要分析試驗設備各個子系統(tǒng)優(yōu)化設計,從理論上證明優(yōu)化后的試驗設備能夠延長有效試驗時間。（3）優(yōu)化的雙活塞對向壓縮風洞包括活塞緩沖裝置、活塞止退系統(tǒng)和恒壓系統(tǒng),對各個子系統(tǒng)進行詳盡設計,并完成試驗設備搭建和調試工作。（4）對雙活塞對向壓縮風洞的優(yōu)化方案進行試驗驗證和結果分析。雙活塞對向壓縮風洞驗證試驗的結果表明:本文的設計優(yōu)化工作是切實有效的;試驗設備駐室氣體參數(shù)變化和試驗氣流流場顯示同時證明,優(yōu)化后的雙活塞對向壓縮風洞的有效時間至少是35ms,延長了一倍多的試驗時間。
【文章來源】：北華航天工業(yè)學院河北省
【文章頁數(shù)】：68 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
不同驅動方案產(chǎn)生的激波馬赫數(shù)[45]37
雙活塞對向壓縮風洞優(yōu)化設計4活塞驅動分為自由活塞壓縮和受控活塞壓縮：自由活塞壓縮，在壓縮終點不控制活塞回彈，其典型試驗時間約為幾個毫秒[49]；受控活塞壓縮，通過采用止退或剎車裝置防止活塞回彈，活塞壓縮直接得到所需高溫高壓試驗氣體。1.2.2自由活塞壓縮自由活塞驅動方式最初是由R.J.Stalker提出來的，故自由活塞驅動反射激波風洞亦稱為Stalker管。如前所述，T4、T5、HEG和HIEST風洞[50,51]是自由活塞壓縮技術的典型高焓應用風洞。（1）T4重活塞風洞T4重活塞風洞是澳大利亞昆士蘭大學的自由活塞激波風洞[52]。T4壓縮管長26m，直徑229mm。有兩類活塞，鋼制92kg和鋁制30.3kg。激波管長10m，直徑76mm。風洞總焓一般在2.5~15MJ/kg，總壓可達90MPa。圖1.2是T4結構示意圖，圖1.3是噴管和總壓支架。圖1.2T4結構示意圖[40]圖1.3噴管和總壓支架[52]（2）T5重活塞風洞圖T5重活塞風洞是美國加州理工學院的自由活塞激波風洞[53]。T5風洞壓縮管長30m，直徑300mm，激波管長12m，直徑90mm，噴管出口直徑314mm，活塞最大質量150kg，最大焓值25MJ/kg，最大溫度10000K，重活塞可將驅動氣體壓縮到130MPa（最大破膜壓力），最大活塞速度300m/s，最大壓縮溫度為4600K，最大總壓100MPa，氣體流速范圍3~6km/s。典型工況：激波管和壓縮管膜片（主膜）厚度為7mm不銹鋼，活塞速度150m/s，破膜后活塞前壓力近似為常數(shù)，激波速度為4.2km/s，噴管駐室壓力70MPa，總焓20MJ/kg。
雙活塞對向壓縮風洞優(yōu)化設計4活塞驅動分為自由活塞壓縮和受控活塞壓縮：自由活塞壓縮，在壓縮終點不控制活塞回彈，其典型試驗時間約為幾個毫秒[49]；受控活塞壓縮，通過采用止退或剎車裝置防止活塞回彈，活塞壓縮直接得到所需高溫高壓試驗氣體。1.2.2自由活塞壓縮自由活塞驅動方式最初是由R.J.Stalker提出來的，故自由活塞驅動反射激波風洞亦稱為Stalker管。如前所述，T4、T5、HEG和HIEST風洞[50,51]是自由活塞壓縮技術的典型高焓應用風洞。（1）T4重活塞風洞T4重活塞風洞是澳大利亞昆士蘭大學的自由活塞激波風洞[52]。T4壓縮管長26m，直徑229mm。有兩類活塞，鋼制92kg和鋁制30.3kg。激波管長10m，直徑76mm。風洞總焓一般在2.5~15MJ/kg，總壓可達90MPa。圖1.2是T4結構示意圖，圖1.3是噴管和總壓支架。圖1.2T4結構示意圖[40]圖1.3噴管和總壓支架[52]（2）T5重活塞風洞圖T5重活塞風洞是美國加州理工學院的自由活塞激波風洞[53]。T5風洞壓縮管長30m，直徑300mm，激波管長12m，直徑90mm，噴管出口直徑314mm，活塞最大質量150kg，最大焓值25MJ/kg，最大溫度10000K，重活塞可將驅動氣體壓縮到130MPa（最大破膜壓力），最大活塞速度300m/s，最大壓縮溫度為4600K，最大總壓100MPa，氣體流速范圍3~6km/s。典型工況：激波管和壓縮管膜片（主膜）厚度為7mm不銹鋼，活塞速度150m/s，破膜后活塞前壓力近似為常數(shù)，激波速度為4.2km/s，噴管駐室壓力70MPa，總焓20MJ/kg。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高超聲速高焓風洞試驗技術研究進展[J]. 姜宗林. 空氣動力學學報. 2019(03)
[2]高焓激波風洞試驗技術綜述[J]. 諶君謀,陳星,畢志獻,馬漢東. 空氣動力學學報. 2018(04)
[3]高超聲速邊界層轉捩研究現(xiàn)狀與趨勢[J]. 楊武兵,沈清,朱德華,禹旻,劉智勇. 空氣動力學學報. 2018(02)
[4]超聲速和高超聲速燃燒的數(shù)值研究[J]. 李恩義,樂貴高,馬大為,張英琦,高俁. 彈道學報. 2017(01)
[5]膨脹管風洞活塞驅動關鍵技術初步研究[J]. 呂治國,常雨,鐘涌,王東戰(zhàn),劉施然. 載人航天. 2016(02)
[6]爆轟驅動膨脹管性能研究[J]. 周凱,汪球,胡宗民,姜宗林. 航空學報. 2016(03)
[7]長實驗時間對撞活塞壓縮風洞原理研究[J]. 龍鐵漢,徐勝利. 實驗流體力學. 2015(02)
[8]高焓激波風洞有效試驗時間的診斷[J]. 汪球,趙偉,余西龍,姜宗林. 航空學報. 2015(11)
[9]高超聲速風洞氣動力試驗技術進展[J]. 唐志共,許曉斌,楊彥廣,李緒國,戴金雯,呂治國,賀偉. 航空學報. 2015(01)
[10]日本自由活塞激波風洞HIEST概述[J]. 陳延輝. 飛航導彈. 2014(08)
本文編號：3048110
【文章來源】：北華航天工業(yè)學院河北省
【文章頁數(shù)】：68 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
不同驅動方案產(chǎn)生的激波馬赫數(shù)[45]37
雙活塞對向壓縮風洞優(yōu)化設計4活塞驅動分為自由活塞壓縮和受控活塞壓縮：自由活塞壓縮，在壓縮終點不控制活塞回彈，其典型試驗時間約為幾個毫秒[49]；受控活塞壓縮，通過采用止退或剎車裝置防止活塞回彈，活塞壓縮直接得到所需高溫高壓試驗氣體。1.2.2自由活塞壓縮自由活塞驅動方式最初是由R.J.Stalker提出來的，故自由活塞驅動反射激波風洞亦稱為Stalker管。如前所述，T4、T5、HEG和HIEST風洞[50,51]是自由活塞壓縮技術的典型高焓應用風洞。（1）T4重活塞風洞T4重活塞風洞是澳大利亞昆士蘭大學的自由活塞激波風洞[52]。T4壓縮管長26m，直徑229mm。有兩類活塞，鋼制92kg和鋁制30.3kg。激波管長10m，直徑76mm。風洞總焓一般在2.5~15MJ/kg，總壓可達90MPa。圖1.2是T4結構示意圖，圖1.3是噴管和總壓支架。圖1.2T4結構示意圖[40]圖1.3噴管和總壓支架[52]（2）T5重活塞風洞圖T5重活塞風洞是美國加州理工學院的自由活塞激波風洞[53]。T5風洞壓縮管長30m，直徑300mm，激波管長12m，直徑90mm，噴管出口直徑314mm，活塞最大質量150kg，最大焓值25MJ/kg，最大溫度10000K，重活塞可將驅動氣體壓縮到130MPa（最大破膜壓力），最大活塞速度300m/s，最大壓縮溫度為4600K，最大總壓100MPa，氣體流速范圍3~6km/s。典型工況：激波管和壓縮管膜片（主膜）厚度為7mm不銹鋼，活塞速度150m/s，破膜后活塞前壓力近似為常數(shù)，激波速度為4.2km/s，噴管駐室壓力70MPa，總焓20MJ/kg。
雙活塞對向壓縮風洞優(yōu)化設計4活塞驅動分為自由活塞壓縮和受控活塞壓縮：自由活塞壓縮，在壓縮終點不控制活塞回彈，其典型試驗時間約為幾個毫秒[49]；受控活塞壓縮，通過采用止退或剎車裝置防止活塞回彈，活塞壓縮直接得到所需高溫高壓試驗氣體。1.2.2自由活塞壓縮自由活塞驅動方式最初是由R.J.Stalker提出來的，故自由活塞驅動反射激波風洞亦稱為Stalker管。如前所述，T4、T5、HEG和HIEST風洞[50,51]是自由活塞壓縮技術的典型高焓應用風洞。（1）T4重活塞風洞T4重活塞風洞是澳大利亞昆士蘭大學的自由活塞激波風洞[52]。T4壓縮管長26m，直徑229mm。有兩類活塞，鋼制92kg和鋁制30.3kg。激波管長10m，直徑76mm。風洞總焓一般在2.5~15MJ/kg，總壓可達90MPa。圖1.2是T4結構示意圖，圖1.3是噴管和總壓支架。圖1.2T4結構示意圖[40]圖1.3噴管和總壓支架[52]（2）T5重活塞風洞圖T5重活塞風洞是美國加州理工學院的自由活塞激波風洞[53]。T5風洞壓縮管長30m，直徑300mm，激波管長12m，直徑90mm，噴管出口直徑314mm，活塞最大質量150kg，最大焓值25MJ/kg，最大溫度10000K，重活塞可將驅動氣體壓縮到130MPa（最大破膜壓力），最大活塞速度300m/s，最大壓縮溫度為4600K，最大總壓100MPa，氣體流速范圍3~6km/s。典型工況：激波管和壓縮管膜片（主膜）厚度為7mm不銹鋼，活塞速度150m/s，破膜后活塞前壓力近似為常數(shù)，激波速度為4.2km/s，噴管駐室壓力70MPa，總焓20MJ/kg。
【參考文獻】：
期刊論文
[1]高超聲速高焓風洞試驗技術研究進展[J]. 姜宗林. 空氣動力學學報. 2019(03)
[2]高焓激波風洞試驗技術綜述[J]. 諶君謀,陳星,畢志獻,馬漢東. 空氣動力學學報. 2018(04)
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[5]膨脹管風洞活塞驅動關鍵技術初步研究[J]. 呂治國,常雨,鐘涌,王東戰(zhàn),劉施然. 載人航天. 2016(02)
[6]爆轟驅動膨脹管性能研究[J]. 周凱,汪球,胡宗民,姜宗林. 航空學報. 2016(03)
[7]長實驗時間對撞活塞壓縮風洞原理研究[J]. 龍鐵漢,徐勝利. 實驗流體力學. 2015(02)
[8]高焓激波風洞有效試驗時間的診斷[J]. 汪球,趙偉,余西龍,姜宗林. 航空學報. 2015(11)
[9]高超聲速風洞氣動力試驗技術進展[J]. 唐志共,許曉斌,楊彥廣,李緒國,戴金雯,呂治國,賀偉. 航空學報. 2015(01)
[10]日本自由活塞激波風洞HIEST概述[J]. 陳延輝. 飛航導彈. 2014(08)
本文編號：3048110
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