[发明专利]用于进气道自起动研究的快速自适应旋转节流门设计方法

说明书

本发明公开了一种用于进气道自起动研究的快速自适应旋转节流门设计方法，包括以下步骤：S1、根据进气道出口形状确定旋转节流门的外形尺寸；S2、设计旋转节流门的旋转轴和配重块位置；S3、确定旋转节流门打开角度，计算旋转节流门前的激波角和波后静压；S4、给定配重块质量参数，建立旋转节流门在节流门重力、气动力和配重块重力作用下的力矩平衡关系式，计算旋转节流门的门板厚度；S5、校核旋转节流门的切应力强度、拉应力强度；S6、设计旋转节流门的旋转轴半径；S7、校核旋转轴切应力强度。本发明通过流程化设计自适应旋转节流门的几何参数，为此类装置的设计提供了可靠的理论支撑，并使此类装置在设计上更加规范、在实用上更加统一。

技术领域

本发明涉及脉冲式风洞进气道试验技术领域，尤其涉及一种用于进气道自起动研究的快速自适应旋转节流门设计方法。

背景技术

进气道起动性能考核是进气道试验研究的一项重要内容，节流技术是进气道试验研究中一项常用的技术。在单车运行时间可达到数十秒甚至数分钟的连续风洞中，常通过电机控制节流锥的进退进行节流。由于脉冲风洞单车试验有效时间极短(毫秒量级)，在如此短的试验时间内无法使用电机完成对节流锥的运动控制，此时如何设计与使用节流技术进行进气道自起动考核，是一个技术难点。

在脉冲风洞中开展进气道自起动性能的研究采用的节流控制技术主要有堵塞节流块法、吹气节流法、上/下旋转门节流法。其中，旋转门具有可自动复位、可重复使用等优点，但此类旋转门的设计尚缺乏规范通用的理论方法，无法做到规范、高效地设计旋转门，达到有效开展进气道自起动试验的目的。

发明内容

本发明为提供一种用于进气道自起动研究的快速自适应旋转节流门设计方法，以解决现有旋转节流门的设计缺乏规范通用的理论方法的技术问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

用于进气道自起动研究的快速自适应旋转节流门设计方法，包括以下步骤：

S1、根据进气道出口形状确定旋转节流门的外形尺寸；

S2、设计旋转节流门的旋转轴和配重块位置；

S3、确定旋转节流门打开角度，计算旋转节流门前的激波角和波后静压；

S4、给定配重块质量参数，建立旋转节流门在节流门重力、气动力和配重块重力作用下的力矩平衡关系式，计算旋转节流门的门板厚度；

S5、校核旋转节流门的切应力强度、拉应力强度；

S6、设计旋转节流门的旋转轴半径；

S7、校核旋转轴切应力强度。

优选地，所述步骤S2中，设计旋转节流门的旋转轴和配重块位置，具体为：所述旋转节流门的旋转轴轴线设置在进气道出口截面的上边沿处；所述配重块安装在旋转节流门远离旋转轴的端部，且配重块位于旋转节流门背离进气道出口的一面。

优选地，所述步骤S3中，

旋转节流门前的激波角β满足下列公式：

波后静压计算公式为：

式(1)和式(2)中，β为激波角；P₂为旋转节流门打开且稳定时激波后的静压，即波后静压；θ＝90°-α，θ为气流偏转角，α为旋转节流门打开角度；Ma₁为来流马赫数；γ为比热比。

优选地，所述步骤S4中，力矩平衡关系式为：