一种基于中心体的超声速连续变马赫数喷管的制作方法

本发明属于高速风洞试验技术领域，具体涉及一种基于中心体的超声速连续变马赫数喷管。

背景技术：

高速飞行器的研制过程中，对于超声速连续变马赫数条件下进气道性能考核与评估提出了更高的要求，希望地面模拟设备能够提供相关试验数据。

高速风洞超声速连续变马赫数试验技术大多采用柔壁喷管形式，即在试验过程中通过液压-电气系统控制执行机构使壁板变形，实现马赫数的变化。这种方式由于壁板变形控制需要的时间较长，至少需要几十秒或几分钟才能改变很小的马赫数(0.1个马赫数量级)，而高速飞行器实际飞行要求在7～8秒时间内完成连续变化至少1个马赫数，所以采用柔壁喷管变马赫数技术虽然能够保证良好的流场品质，但从本质上讲并不能实现超声速马赫数的连续快速变化。从这个角度来看，柔壁喷管不具备超声速范围连续变马赫数来流模拟的能力。

美国兰利研究中心的统一规划风洞为高速风洞，具备两个试验段，马赫范围分别是1.47～2.86和2.29～4.63，采用了滑块式喷管，即喷管的上壁面固定、喷管的下壁面滑动的技术实现了超声速连续变马赫数试验能力。然而，这种技术由于喷管上下壁面不对称，造成流场存在较大气流偏角、速度分层及马赫数均匀性差等问题，因而，无法对变速条件下进气道性能进行精细评估。

当前，亟需发展一种超声速连续变马赫数试验技术。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于中心体的超声速连续变马赫数喷管。

本发明的基于中心体的超声速连续变马赫数喷管，其特点是，所述的喷管为喷管箱体，喷管箱体的上表面为二维型面ⅰ，箱体的下表面为与上表面二维型面ⅰ对称的二维型面ⅱ；箱体的中心线上设置有中心体，中心体上下对称，中心体上表面型面与二维型面ⅰ相对，中心体下表面型面与二维型面ⅱ相对；中心体的左右两侧安装有滑槽，喷管箱体的左右两侧安装有对应匹配的滑轨，通过滑槽与滑轨的配合实现中心体在喷管箱体的中心线上前后移动；喷管箱体外安装有移动控制机构，移动控制机构控制中心体的移动位置和移动速度；喷管箱体的前、后端面设置有密封围带。

所述的喷管箱体的二维型面ⅰ和二维型面ⅱ的型线均为非定常曲线。

所述的中心体上表面型面和中心体下表面型面均为非定常曲线。

所述的二维型面ⅰ、二维型面ⅱ、中心体上表面型面和中心体下表面型面的表面粗糙度均为0.8。

所述的喷管箱体和中心体的材质均为硬质钢。

所述的二维型面ⅰ、二维型面ⅱ、中心体上表面型面和中心体下表面型面的表面均镀铬。

所述的移动控制机构控制中心体沿滑轨连续移动。

本发明的基于中心体的超声速连续变马赫数喷管采用了滑中心体喷管技术，保持了滑体喷管变化迅速和柔壁喷管流场品质好的优势，规避了滑体喷管流场品质差和柔壁喷管变化速度慢的不足，可以在3秒钟内实现风洞马赫数从2.0到3.5或从3.5到2.0的变化，能够保证高速风洞具有良好的流场品质，为超声速变马赫数条件下的进气道性能考核与评估提供了可靠的技术手段。

附图说明

图1为本发明的基于中心体的超声速连续变马赫数喷管的立体结构示意图。

图中，1.喷管箱体；2.二维型面ⅰ；3.二维型面ⅱ；4.中心体；5.中心体上表面型面；6.中心体下表面型面；7.滑槽；8.滑轨；9.移动控制机构；10.密封围带；

图中，虚线表示喷管箱体的中心线；

箭头表示高速风洞来流。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明。

如图1所示，本发明的基于中心体的超声速连续变马赫数喷管为喷管箱体1，喷管箱体1的上表面为二维型面ⅰ2，箱体的下表面为与上表面二维型面ⅰ2对称的二维型面ⅱ3；箱体的中心线上设置有中心体4，中心体4上下对称，中心体上表面型面5与二维型面ⅰ2相对，中心体下表面型面6与二维型面ⅱ3相对；中心体4的左右两侧安装有滑槽7，喷管箱体1的左右两侧安装有对应匹配的滑轨8，通过滑槽7与滑轨8的配合实现中心体4在喷管箱体1的中心线上前后移动；喷管箱体1外安装有移动控制机构9，移动控制机构9控制中心体4的移动位置和移动速度；喷管箱体1的前、后端面设置有密封围带10。

所述的喷管箱体1的二维型面ⅰ2和二维型面ⅱ3的型线均为非定常曲线。

所述的中心体上表面型面5和中心体下表面型面6均为非定常曲线。

所述的二维型面ⅰ2、二维型面ⅱ3、中心体上表面型面5和中心体下表面型面6的表面粗糙度均为0.8。

所述的喷管箱体1和中心体4的材质均为硬质钢。

所述的二维型面ⅰ2、二维型面ⅱ3、中心体上表面型面5和中心体下表面型面6的表面均镀铬。

所述的移动控制机构9控制中心体4沿滑轨8连续移动。

实施例1

本实施例的基于中心体的超声速连续变马赫数喷管在进行喷管扩散段型面设计时，选取低于马赫数1.5的喉道面积作为喷管喉道的基准面积，采用特征线法设计马赫数2.0～3.5范围的扩散段型面；在进行喷管收缩段型面设计时，采用维多辛斯基方法；在进行中心体型面设计时，采用面积律法，并综合考虑特征线法和维多辛斯基方法，最终实现加装中心体后喷管流通面积的连续变化，并将声速线置于喷管喉道附近。

本实施例的基于中心体的超声速连续变马赫数喷管出口横截面为0.6m×0.6m，中心体每变化15mm左右，能够改变0.1个马赫数，并基本呈线性变化。沿顺气流方向看，在中心体后缘流线等速同向汇合。

本实施例的基于中心体的超声速连续变马赫数喷管的具体试验过程如下：

a.拆除高速风洞试验段的喷管，安装喷管箱体1；

b.喷管箱体1前、后端面的密封围带10充气，喷管箱体1与高速洞体进行密封连接；

c.通过移动控制机构9，将中心体4移至初始位置；

d.开启高速风洞，待风洞流场稳定后，进行中心体4初始位置马赫数风洞试验；

e.通过移动控制机构9，连续移动中心体4位置，进行变马赫数风洞试验；

f.关闭高速风洞。

技术特征：

1.一种基于中心体的超声速连续变马赫数喷管，其特征在于，所述的喷管为喷管箱体(1)，喷管箱体(1)的上表面为二维型面ⅰ(2)，箱体的下表面为与上表面二维型面ⅰ(2)对称的二维型面ⅱ(3)；箱体的中心线上设置有中心体(4)，中心体(4)上下对称，中心体上表面型面(5)与二维型面ⅰ(2)相对，中心体下表面型面(6)与二维型面ⅱ(3)相对；中心体(4)的左右两侧安装有滑槽(7)，喷管箱体(1)的左右两侧安装有对应匹配的滑轨(8)，通过滑槽(7)与滑轨(8)的配合实现中心体(4)在喷管箱体(1)的中心线上前后移动；喷管箱体(1)外安装有移动控制机构(9)，移动控制机构(9)控制中心体(4)的移动位置和移动速度；喷管箱体(1)的前、后端面设置有密封围带(10)。

2.根据权利要求1所述的基于中心体的超声速连续变马赫数喷管，其特征在于，所述的喷管箱体(1)的二维型面ⅰ(2)和二维型面ⅱ(3)的型线均为非定常曲线。

3.根据权利要求1所述的基于中心体的超声速连续变马赫数喷管，其特征在于，所述的中心体上表面型面(5)和中心体下表面型面(6)均为非定常曲线。

4.根据权利要求1所述的基于中心体的超声速连续变马赫数喷管，其特征在于，所述的二维型面ⅰ(2)、二维型面ⅱ(3)、中心体上表面型面(5)和中心体下表面型面(6)的表面粗糙度均为0.8。

5.根据权利要求1所述的基于中心体的超声速连续变马赫数喷管，其特征在于，所述的喷管箱体(1)和中心体(4)的材质均为硬质钢。

6.根据权利要求1所述的基于中心体的超声速连续变马赫数喷管，其特征在于，所述的二维型面ⅰ(2)、二维型面ⅱ(3)、中心体上表面型面(5)和中心体下表面型面(6)的表面均镀铬。

7.根据权利要求1所述的基于中心体的超声速连续变马赫数喷管，其特征在于，所述的移动控制机构(9)控制中心体(4)沿滑轨(8)连续移动。

技术总结
本发明公开了一种基于中心体的超声速连续变马赫数喷管。该喷管为喷管箱体，喷管箱体的上表面为二维型面Ⅰ，下表面为对称的二维型面Ⅱ；箱体的中心线上设置有中心体，中心体上下对称；中心体的左右两侧安装有滑槽，喷管箱体的左右两侧安装有对应匹配的滑轨，通过滑槽与滑轨的配合实现中心体在喷管箱体的中心线上前后移动；喷管箱体外安装有移动控制机构控制中心体的移动位置和移动速度；喷管箱体的前、后端面设置有密封围带。该喷管采用了滑中心体喷管技术，可以在3秒钟内实现风洞马赫数从2.0到3.5或从3.5到2.0的变化，能够保证高速风洞具有良好的流场品质，为超声速变马赫数条件下的进气道性能考核与评估提供了可靠的技术手段。

技术研发人员：李增军;荣祥森;刘奇;刘常青
受保护的技术使用者：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所
技术研发日：2020.06.04
技术公布日：2020.08.04