一种低密度风洞用进气调压系统及调压方法与流程

本发明涉及风洞试验，尤其是涉及一种低密度风洞用进气调压系统及调压方法。

背景技术：

1、低密度风洞进气调压系统呈现体积流率小、体积流率范围广等运行特性，是设计低密度风洞进气调压系统时需解决的核心问题。典型的低密度风洞马赫数范围10～25，调节总压范围0.05mpa～1.5mpa(调节压力跨度30倍)，调节质量流量范围1g/s～500g/s(调节流量跨度500倍)，调节体积流率范围0.4～120l/s(调节体积流率跨度300倍)，气源为2mpa中压气源，气源体积流率0.04～40l/s(气源体积流率跨度1000倍)，其呈现小体积流率、宽体积流率范围等典型运行特点。

2、现有的常规风洞进气调压系统一般采用中压气源或高压气源，或两者兼顾，配合单级或两级调压阀门系统，满足常规风洞的宽范围调压功能。典型米量级常规风洞马赫数5～10，调节总压范围0.01mpa～6mpa(调节压力跨度600倍)，调节质量流量范围1kg/s～200kg/s(调节流量跨度200倍)，调节体积流量800～8000l/s(调节体积流率跨度10倍)，气源包括20mpa高压气源和2mpa中压气源，气源体积流量30～900l/s(气源体积流率跨度30倍)，其呈现宽运行压力范围、适中体积流率等典型运行特征。常规风洞进气调压系统采用不同压力等级的气源系统，配合单级或多级调压阀门，采用两级减压或单级减压方式满足不同运行压力试验，继而满足常规风洞的宽运行压力范围调压需求。常规风洞进气调压系统仅适用中等体积流率的常规风洞调压需求，dn10以下量级小口径调压阀的调压精度仅能达到5％量级，dn25量级小口径调压阀的高精度阀位控制不连续，dn40量级小口径调压阀门应用的线性调节区间窄，因缺乏适用的小口径高精度调压阀，采用现有小口径调压阀+常规风洞进气调压系统方案，无法满足低密度风洞的高精度调压需求。

3、典型常规风洞进气调压系统方案如下：

4、[1]专利cn201911204272.2“一种高超声速风洞宽范围进气调压系统”，公开了一种用于常规风洞的进气调压系统，利用高压气源、中压气源，配合单级或两级调压阀门，其第一级调压阀为旁通蝶阀或前级高压减压阀，第二级为中压调压阀或后级高压调压阀，分别实现真空、中压、高压来流压力的宽区域高精度进气调压功能，此进气调压系统中应用的第一级调压阀为旁通蝶阀或液压减压阀，第二级调压阀为液压柱塞调压阀，并结合一般的pid调压方法，满足常规高超声速真空、中压、高压来流压力的宽区域高精度进气调压要求。因缺乏高精度的小口径调压阀门，无法满足低密度风洞的小体积流率、宽体积流率范围的进气调压要求。

5、[2]专利cn201911204248.9“一种高超声速风洞真空压力进气调压方法”，公布了一种用于常规风洞的真空来流压力调节的方法，其利用中压气源，配合旁通阀和单级中压调压阀的两级调压系统，其第一级旁通阀为旁通蝶阀，第二级调压阀为液压柱塞调压阀，并结合一般的pid调压方法，可实现真空来流压力的精确控制。因缺乏高精度的小口径调压阀门，无法满足低密度风洞的小体积流率、宽体积流率范围的进气调压要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低密度风洞用进气调压系统及调压方法，用于解决低密度风洞体积流率小、体积流率范围宽的高精度调压问题。

2、本发明提供一种低密度风洞用进气调压系统，包括依次连通的气源模块、调压模块、加热器和喷管，所述气源模块包括氮气制备站、动态储气罐和蓄能储气罐，所述动态储气罐和蓄能储气罐通过管道并联，所述动态储气罐和蓄能储气罐的入口端及出口端均设有阀门；所述调压模块包括多个相互并联的调压管路，不同的调压管路上分别设置针对不同体积流率的调压阀。

3、进一步地，所述所述动态储气罐和所述蓄能储气罐均为中压储气罐，最高运行压力2mpa。

4、进一步地，所述动态储气罐和所述蓄能储气罐上均设有放气管路，所述放气管路上设有放气阀。

5、进一步地，所述调压模块包括相互并联的第一调压管路、第二调压管路、第三调压管路和第四调压管路，所述第一调压管路设有定位减压阀a和电磁阀a，所述第二调压管路上设有定位减压阀b和电磁阀b，所述第三调压管路上设有电动调压阀，所述第四调压管路上设有液动调压阀。

6、进一步地，所述动态储气罐的入口端设有气源制备阀a，出口端设有气源管理阀a；所述蓄能储气罐的入口端的设有气源制备阀b，出口端设有气源管理阀b。

7、一种低密度风洞用进气调压系统的调压方法，根据不同体积流率试验需求，采用不同的中压储气罐组合，并控制有效试验过程中的中压储气罐压降比，降低下游调压模块的调压阀设计难度，满足小体积流率试验的高精度调压需求；根据调压模块的出口体积流率的不同，调压方法分为极小、适中和较大三种工况；

8、在极小工况的调压模块出口体积流率范围试验中，调压方法如下：

9、a1：选定动态储气罐为极小试验体积流量范围试验供气；

10、a2：通过开启放气阀a放气，降低动态储气罐的初始压力，或通过开启气源管理阀a和气源管理阀b，由蓄能储气罐向动态储气充气升高动态储气罐的初始压力，精确控制获得试验状态要求的动态储气罐初始压力，使初始压力精度控制在1％以内；

11、a3：开启气源管理阀a；

12、a4：依据试验状态要求，开启电磁阀a和/或电磁阀b，利用定位减压阀a和/或定位减压阀b减压，减压后气流经加热器加热后，在喷管入口形成稳定总压和总温的试验气流介质，调压控制精度达到1.5％以内；

13、在适中工况的调压模块出口体积流率范围试验中，调压方法如下：

14、b1：选定动态储气罐为适中试验体积流量范围试验供气；

15、b2：通过开启放气阀a放气，降低动态储气罐的初始压力，或通过开启气源管理阀a和气源管理阀b，由蓄能储气罐向动态储气充气升高动态储气罐的初始压力，精确控制获得试验状态要求的动态储气罐初始压力，使初始压力精度控制在1％以内；

16、b3：开启气源管理阀a；

17、b4：依据试验状态要求，开启电动调压阀至一定开度并保持，减压后气流经加热器加热后，在喷管入口形成稳定总压和总温的试验气流介质，调压控制精度达到2％以内；

18、在较大工况的调压模块出口体积流率范围试验中，调压方法如下：

19、c1：选定动态储气罐和蓄能储气罐为较大试验体积流量范围试验供气；

20、c2：根据试验要求，通过开启放气阀a和放气阀b放气，分别降低动态储气罐和蓄能储气罐的初始压力；或通过开启氮气制备站和气源制备阀a和气源制备阀b向罐内充气升高动态储气罐和蓄能储气罐的初始压力，设定两个储气罐的初始压力，使调压阀运行在其线性调节区间内；

21、c3：开启气源管理阀a和气源管理阀b；

22、c4：采用pid控制策略实施反馈控制液动调压阀的阀位，气流经加热器加热后，在喷管入口形成稳定总压和总温的试验气流介质，调压控制精度达到2％以内。

23、进一步地，在有效试验过程中，中压储气罐的压降比控制采用基于调压模块出口气体体积流率的分类控制策略，具体为：

24、极小工况：调压模块出口体积流率范围0l/s＜g≤5l/s时，采用动态储气罐供气，单次有效试验时长≥30s，控制有效试验过程中的中压储气罐压降比ε≤1％；

25、适中工况：调压模块出口体积流率范围5l/s＜g≤20l/s时，采用动态储气罐供气，单次试验时长≥30s，控制有效试验过程中的中压储气罐压降比ε≤2％；

26、较大工况：调压模块出口体积流率范围20l/s＜g≤120l/s时，采用动态储气罐和蓄能储气罐共同供气，单次试验时长≥30s，控制有效试验过程中的中压储气罐压降比ε≤8％。

27、进一步地，根据不同调压模块出口体积流率范围试验调压需求，采用基于不同类型调压阀的调压精度控制策略，满足低密度风洞小体积流率试验的高精度调压需求，具体如下：

28、对于调压模块出口体积流率0.4l/s≤g≤5l/s时，调压阀采用定位减压阀a和定位减压阀b，并精确控制动态储气罐的初始压力，使其调压精度达到1.5％以内；

29、对于调压模块出口体积流率5l/s＜g≤20l/s时，采用dn25的电动调压阀，精确控制动态储气罐的初始压力，使其调压精度达到2％以内；

30、对于调压模块出口体积流率20l/s＜g≤120l/s时，采用dn40的液动调压阀配合pid控制技术，控制调压阀定位精度在0.3％以内，使其调压精度达到2％以内。

31、进一步地：当调压模块出口体积流率范围为0.4l/s≤g≤5l/s时，采用定位减压阀a和定位减压阀b作为调压阀，其为定喉道孔板或流量喷管，精确控制动态储气罐的初始压力，重复控制精度1％以内，使调压精度达到1.5％以内；

32、当调压模块出口体积流率范围为5l/s＜g≤20l/s时，调压阀采用dn25的电动调压阀，精确控制动态储气罐的初始压力，重复控制精度1％以内，使调压精度达到2％以内；

33、当调压模块出口体积流率范围为20l/s＜g≤120l/s时，调压阀采用dn40的液动调压阀配合pid控制技术作为调压阀，调压阀定位精度在0.3％以内，使调压精度达到2％以内。

34、进一步地，调压模块出口体积流率范围在0.4l/s≤g≤5l/s试验中，定位减压阀a和定位减压阀b均采用定喉道孔板或节流喷管。

35、本技术方案的有益效果是：本发明提供了一种低密度风洞用进气调压系统以及针对不同调压阀后体积流率的调压方法，采用控制储气罐压力降、控制储气罐初始压力以及控制多种类调压阀，替代常规风洞的分压力等级储气罐+单级或多级pid控制调压阀方案，克服小口径调压阀的高精度阀位控制连续性差、线性调节区间窄、调压精度低等固有特性，满足低密度风洞小体积流率、宽体积流率范围试验高精度调压需求。