[发明专利]一种高空高速稀薄环境的热喷流干扰试验装置及试验方法

权利要求书

1.一种高空高速稀薄环境的热喷流干扰试验方法，其特征在于，所述的热喷流干扰试验方法使用专用的热喷流干扰试验装置，以面向风洞来流为前方，所述的热喷流干扰试验装置的尾支杆（4）的前端通过锥面配合安装杆式天平（8），杆式天平（8）通过天平前锥配合安装风洞试验模型（1），尾支杆（4）的后端固定连接在高超声速低密度风洞的中部支架上；风洞试验模型（1）的侧壁上伸出有与风洞试验模型（1）表面形状平齐并具有缝隙隔离的喷嘴（2）；尾支杆（4）的中心轴线上设置有从后至前、前端封堵的气流管道（9），尾支杆（4）的后段设置有与外接的热喷流试验装置连通的进气孔（3），气流管道（9）与喷嘴（2）连通；

所述的喷嘴（2）有2个，第一个喷嘴的中心轴线位于水平面并与风洞试验模型（1）的中心轴线垂直，用于调整风洞试验模型（1）的偏航，第二个喷嘴的中心轴线与第一个喷嘴的中心轴线成交角α，用于调整风洞试验模型（1）的滚转；

所述的尾支杆（4）的前段，气流管道（9）的前端位置处开有方形的凹槽，凹槽内插入喷流块（7），喷流块（7）通过沿凹槽周向均匀分布的贯穿尾支杆（4）的螺钉固定；喷流块（7）的内腔设置有与气流管道（9）连通的驻室，喷流块（7）的外侧固定连接喷嘴（2），喷嘴（2）与驻室之间设置有拉瓦尔喷管（13）；热喷流试验装置的燃气流从进气孔（3）进入尾支杆（4），沿气流管道（9）经驻室、拉瓦尔喷管（13）从喷嘴（2）喷出；

所述的喷流块（7）上安装有背对风洞来流的测压块（10），测压块（10）后端的测压口伸出风洞试验模型（1）后端面，测压口内安装有测量驻室压力的压力传感器；

所述的喷流块（7）上安装有用于封堵喷嘴（2）加工孔道的封口螺钉（15）；

所述的热喷流试验装置的燃气流为N₂和CF₄混合气流；

所述的杆式天平（8）上沿风洞来流方向设置有前后并列的两个插销孔，插销Ⅰ（6）插入前方的插销孔，拉紧杆式天平（8）和尾支杆（4）；拔出插销Ⅰ（6），插销Ⅱ（14）插入后方的插销孔，分离杆式天平（8）和尾支杆（4）；

所述的杆式天平（8）的前段套装有前隔热套（5），前隔热套（5）为与杆式天平（8）前锥和测量段的外型相匹配的阶梯圆筒；杆式天平（8）的后锥套装有隔热锥套，尾支杆（4）的前端与隔热锥套相匹配；

所述的热喷流干扰试验方法，包括以下步骤：

a.试验前，按照装配要求，进行风洞试验模型（1）、杆式天平（8）、尾支杆（4）及风洞喷流管路的连接；

b.检查喷流管路及各连接部位的气密性；

c.将CF₄和N₂按压力配比充入储气罐中，待气体完全充入后，打开加热器，预先将CF₄和N₂混合气体加热到指定温度；

d.试验时先启动风洞，待流场稳定时，打开储气罐的快速阀，混合气体喷出，采集天平测力数据、流场显示图像；

e.风洞停止运行，喷流关闭；

f.计算杆式天平（8）测得的6个分量的气动载荷和对应的气动力系数；气动载荷包括3个气动力，分别为轴向力、法向力、侧向力，对应的气动力系数为轴向力系数、法向力系数、侧向力系数；还包括3个气动力矩，分别为滚转力矩、偏航力矩、俯仰力矩，对应的气动力矩系数为滚转力矩系数、偏航力矩系数、俯仰力矩系数；

f1.通过地面校准，分别获得杆式天平（8）的6个分量的气动载荷的天平校准公式：

式中，

：天平第i个分量的载荷测值（i=1~6）；

：第i个分量的主系数；

：第i个分量电桥输出值；

：其他分量载荷对第i个分量的线性干扰系数；

：当j=k时，各分量载荷对第i个分量的平方干扰系数；当j≠k时，各分量载荷对第i个分量的交叉干扰系数；

：各分量载荷对第i个分量的立方干扰系数；

和：各分量载荷对第i个分量产生干扰的分量载荷；

式中的、、、均为杆式天平（8）在地面校准时获得的已知数值，和为杆式天平（8）在步骤d测得的天平原始电信号；

f2.将杆式天平（8）测得的天平原始电信号和代入步骤f1的天平校准公式中进行迭代计算，分别得到6个分量的气动载荷，包括轴向力、法向力、侧向力、滚转力矩、偏航力矩、俯仰力矩；

f3.再计算对应的气动力系数和气动力矩系数，包括轴向力系数、法向力系数、侧向力系数、滚转力矩系数、偏航力矩系数、俯仰力矩系数；计算公式如下：

式中：为步骤d的风洞试验模型（1）所受动压，为风洞试验模型（1）的参考面积，：风洞试验模型（1）的校心距参考点的距离；

g.进行喷流干扰效应数据分析，试验结束。