[发明专利]一种同时测量气动力和表面热流的风洞试验标模

说明书

本发明提供了一种同时测量气动力和表面热流的风洞试验标模，包括弹身、弹芯、杆状螺纹连接件、垫片、套筒、锥套和天平；弹身内胶结固定有弹芯，弹芯为后端开放的中空壳体机构，同轴套设在所述套筒外；套筒为后端开放的中空壳体结构，锥套安装在所述天平的前端，将天平稳固在套筒中；套筒的前端放置垫片，通过杆状螺纹连接件依次将垫片、套筒、锥套和天平固定为一体，且套筒、锥套和天平同轴；所述标模表面均匀喷涂有磷光粉末涂层，用于模型表面热流分布的测定。本发明提供的试验标模能在高超声速风洞一次试验过程中，同时获得模型表面热流分布和模型气动力结果，使得研究人员可以将模型表面流动信息与模型在风洞流场中感受到气动力一一对应。

技术领域

本发明属于高速风洞试验技术领域，特别涉及一种同时测量气动力和表面热流的风洞试验标模。

背景技术

在航空航天飞行器空气动力性能研究中，风洞模型试验和数值计算是最主要的两种研究方法。为了验证数值计算结果的可靠性和评估CFD(Computational FluidDynamics，计算流体动力学)对飞行器各种复杂流动现象的计算模拟能力，通常人们采用风洞模型试验数据来对比确认。然而，风洞模型试验是一种在风洞中采用模型模拟并测量作用在模型上气动力的复杂过程。因此，风洞模型试验的数据不可避免地会受到各种因素的影响而产生试验误差，如:风洞洞壁干扰、模型的相似程度、模型支架干扰、雷诺数效应、测量仪器的误差等等。为了对风洞总体性能、测试设备以及实验方法的综合性检验，研究和确认风洞模型试验的准度和可信度问题，研究人员采用一些简单外形作为试验标准外形进行风洞试验研究。国内高超声速风洞测力实验标模系列主要有HB-2标模、10°尖锥标模、9°钝锥标模、AGARD-B标模。

标模测力风洞试验一般是采用天平测量标模气动力。风洞实验时，天平承受作用在模型表面高速气流冲击载荷产生变形，粘贴在天平元件表面应变计同时发生变形，其电阻值变化由测量电路转换成电压增量，该电压增量值与天平所承受的气动力载荷大小成正比。通过事先由天平校准确定的各分量天平输出量与所测分量之间的关系(天平校准公式)，得到所测量的气动力。

磷光热图试验是在风洞试验中，将磷光材料均匀的喷涂在模型表面，选取某一波段的紫外光作为激发光源，照射具有磷光涂层的模型，使其持续发出可见光。试验开始后模型不同部位受到不同的气动加热，模型表面出现不同的温升。其表面涂层辐射出的不同可见光强度。光强的变化可以由试验图像采集设备记录并存储。根据静态校准得到的辐射光强变化与温度的对应关系，通过光强分布得到模型表面温度分布，然后由时间和模型表面温度变化的关系，根据一维半无限大假设，获得模型表面热流分布，给出模型表面流动的流态信息。

随着飞行器的发展，设计部门对飞行器的风洞试验数据精度要求越来越高，不仅要获得气动力的结果，还要求获得气动力对应的模型表面的流动特征(模型流态是层流、转捩还是湍流)。但是标模测力风洞试验和观测表面流动的磷光热图试验是两种不同类型的试验，以往都是单独进行。想要同时获得模型的气动力和表面流态，至少需要进行两次风洞试验。由于风洞试验会受到各种因素的影响，不同车次的风洞试验必然会引起气流条件一些小的偏差，这导致模型气动力的结果与表面流态结果不是一一对应的，是存在偏差的。

实践经验表明，要想同时获得模型气动力与对应的表面流态信息，需要在一次风洞试验中同时获得这两者的结果，采用信号同步技术，可以将模型气动力与对应的表面流态一一对应起来。为此，本发明提供了一种同时测量气动力和表面热流的风洞试验标模。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种同时测量气动力和表面热流的风洞试验标模，能在风洞一次试验过程中，同时获得模型表面热流分布和模型气动力结果，使得研究人员可以将模型表面流动信息与模型在风洞流场中感受到气动力一一对应，从而完成本发明。

本发明提供的技术方案如下：