一种测量壁面吹吸技术减摩阻效果的实验装置的制作方法

本发明涉及一种近壁面摩擦阻力测量装置，尤其涉及一种测量壁面吹吸引起飞行器模型表面摩擦阻力变化的实验装置。

背景技术：

1、升阻比是决定飞行器飞行性能与飞行收益的重要参数之一。如何以较低的代价实现长时间的高效减阻一直是飞行器设计与研制过程中的关键基础课题。公开报道数据表明对于宽体客机，每减阻0.01%带来的燃油收益可达到200万元/架/年。摩擦阻力是飞行器的主要阻力成分之一，尤其是当流动处于湍流状态时，湍流边界层引起的摩擦阻力占飞行器总阻力的占比可高达50~60%。国内外研究表明，通过壁面吸气延迟转捩或者通过壁面吹气抬高边界层均能够有效地降低边界层摩擦阻力，但是壁面吹吸状态下的摩擦阻力测量一直是困扰学术界与工业界的一大难题。

2、cn110823499a公布了一种基于平动式设计的摩擦阻力测量装置，平动式设计结构较为简单，但是存在两个明显的缺陷。首先是直线轴承的摩擦阻力要远远大于滚动轴承，其次是浮动平板输入的物理信号没有经过物理放大而直接传递给了力传感器。上述两个原因使得基于平动式设计的摩擦阻力测量装置只适用于测量摩擦阻力相对较大的场合。为了减小支撑机构的干扰阻力，提高平动式设计摩擦阻力测量装置的测量范围，cn114397050a提出了利用磁悬浮技术减小浮动平板移动阻力的设想、cn116296231a提出了利用气浮技术减小浮动平板移动阻力的设想。然而，这两种设计均显著地提高了系统的复杂度，对风洞尺寸、风洞环境提出了较高的要求，降低了摩擦阻力测量装置的通用性。

3、cn113670567a公布了一种基于转动式设计的摩擦阻力测量装置，转动式设计的优势在于刀口或滚动轴承等旋转式支撑方式的干扰力的力臂要远远短于待测量的摩擦阻力，因此能够测量极小的摩擦阻力值。然而，cn113670567a设计的转动式设计摩擦阻力测量装置安装空间较大，仅适用于风洞口径较大的情形，不具备较好的通用性，并且无法测量存在壁面吹吸等复杂流动控制情形下的摩擦阻力。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种测量壁面吹吸技术减摩阻效果的实验装置，即一种用于飞行器实验模型存在壁面吹气或吸气控制条件下当地表面摩擦阻力测量的实验装置。本发明基于转动式设计思想提出了一种可准确测量飞行器试验模型存在壁面吹吸情形下的当地摩擦阻力。本发明提出的转动式摩擦阻力测量装置结构紧凑，干扰力矩较小，适用于摩擦阻力较小、风洞口径较小等多种场合，具有较好的测量精度与较宽的适用范围。

2、本发明提出的技术方案如下：

3、一种测量壁面吹吸技术减摩阻效果的实验装置，依次包括多孔板、匀流腔、空心硬管、气管、三通转接件、滚动轴承、力传感器、支撑块、顶针和底座；

4、所述的多孔板表面根据实验需求布置有规则或者不规则的微孔阵列结构，多孔板整体嵌入风洞实验模型中；多孔板边缘与实验模型表面齐平；多孔板四周与实验模型之间留有空隙；

5、多孔板、匀流腔、空心硬管、气管共同构成了气流通路，通过调节气管出口的压力大小使多孔板喷出或吸入气体改变表面的流场边界层结构，实现减摩阻；

6、所述的多孔板（、匀流腔、空心硬管、气管的几何中心与滚动轴承的旋转中心共线，从而减少气流的反作用力干扰力矩；

7、所述的空心硬管两侧各有一个力传感器，力传感器一端固定在支撑块上，另一端通过顶针与空心硬管表面相接触并施加预紧力调整多孔板到合理位置；当风洞启动后，根据两个力传感器的输出信号计算得到多孔板表面在吹吸前后的摩擦阻力变化，从而定量研究壁面吹吸技术的减摩阻效果。

8、所述测量壁面吹吸技术减摩阻效果的实验装置，匀流腔内部布置有多孔介质材料层，用于提供压降实现整流；根据实验需求，通过调整多孔介质材料层各个区域的孔隙率，可在多孔板表面实现指定的吹气或吸气质量流量空间分布。

9、所述测量壁面吹吸技术减摩阻效果的实验装置，多孔板与实验模型之间的空隙不超过0.5毫米。

10、所述测量壁面吹吸技术减摩阻效果的实验装置，顶针与空心硬管的接触点设置在空心硬管底部靠近三通转接件的位置，通过杠杆作用对多孔板表面的摩擦阻力进行物理放大。

11、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：第一，采用转动式设计，减小了干扰阻力的力矩，并且利用杠杆效应对目标信号进行了物理放大，进而能够测量更小的摩擦阻力；第二，本发明提出的摩擦阻力测量装置采用了紧凑式设计，整体安装空间较小，具有较好的通用性，可应用于口径较小的风洞设备；第三，本发明提出的摩擦阻力测量装置是面向飞行器模型表面存在复杂吹吸主动流动控制情形下的当地摩擦阻力测量需求而设计的，通过合理的结构设计规避了吹气、吸气反作用力导致的干扰力矩，可实现壁面吹吸条件下当地摩擦阻力的准确测量，可为飞行器吹吸减阻技术研究与减阻效果验证提供重要的测试手段。

技术特征：

1.一种测量壁面吹吸技术减摩阻效果的实验装置，其特征在于：依次包括多孔板（1）、匀流腔（2）、空心硬管（3）、气管（4）、三通转接件（5）、滚动轴承（6）、力传感器（7）、支撑块（8）、顶针（9）和底座（10）；

2.如权利要求1所述测量壁面吹吸技术减摩阻效果的实验装置，其特征在于：匀流腔（2）内部布置有多孔介质材料层（12），用于提供压降实现整流；根据实验需求，通过调整多孔介质材料层（12）各个区域的孔隙率，可在多孔板（1）表面实现指定的吹气或吸气质量流量空间分布。

3.如权利要求1所述测量壁面吹吸技术减摩阻效果的实验装置，其特征在于：多孔板（1）与实验模型（11）之间的空隙不超过0.5毫米。

4.如权利要求1所述测量壁面吹吸技术减摩阻效果的实验装置，其特征在于：顶针（9）与空心硬管（3）的接触点设置在空心硬管（3）底部靠近三通转接件（5）的位置，通过杠杆作用对多孔板（1）表面的摩擦阻力进行物理放大。

技术总结
本发明公开了一种测量壁面吹吸技术减摩阻效果的实验装置，它包括多孔板、匀流腔、空心硬管、气管、三通转接件、滚动轴承、力传感器、支撑块、顶针和底座。多孔板整体嵌入风洞实验模型中，其边缘与实验模型表面齐平，四周留有微小空隙。多孔板、匀流腔、空心硬管、气管共同构成了气流通路。在空心硬管两侧各有一个力传感器，力传感器一端固定在支撑块上，另一端通过顶针与空心硬管表面相接触并施加预紧力调整多孔板到合理位置。当风洞启动后，通过调节气管入口的压力大小使多孔板喷出或吸入气体改变其表面的流场边界层结构，根据两个力传感器的输出信号可计算得到多孔板在吹吸前后的阻力变化，从而定量研究壁面吹吸技术的减摩阻效果。

技术研发人员：邱云龙,曾繁宇,陈伟芳,胡文杰,吴昌聚
受保护的技术使用者：浣江实验室
技术研发日：
技术公布日：2025/3/24