[发明专利]一种用于脉冲风洞喷流干扰试验的高精度同步控制方法

权利要求书

1.一种用于脉冲风洞喷流干扰试验的高精度同步控制方法，其特征在于，所述的高精度同步控制方法基于高精度同步控制装置，高精度同步控制装置包括安装在脉冲风洞（1）的试验段（106）内的试验模型（4），试验模型（4）通过常闭型的快速电磁阀（3）连接喷流系统储气管（2）；高精度同步控制装置还包括安装在脉冲风洞（1）的低压段靠近高低压段膜片（102）位置处的传感器（5）、通过线缆与传感器（5）顺序连接的延时触发器（6）、信号发生器（7）、快速继电器（8）和常规电源（9），快速继电器（8）安装在常规电源（9）的火线电路中，常规电源（9）为快速电磁阀（3）提供工作电压；

所述的脉冲风洞（1）包括沿试验气流方向顺序连接的高压段（101）、高低压段膜片（102）、低压段（103）、喉道二道膜片（104）、拉瓦尔喷管（105）和试验段（106），脉冲风洞用于在试验段（106）产生试验时间约为数十毫秒量级的试验流场；

所述的高精度同步控制方法，包括以下步骤：

S10.根据脉冲风洞喷流干扰试验同步控制要求，确定脉冲风洞（1）的有效试验时间窗口及运行时序；

S11.计算脉冲风洞（1）的有效试验时间窗口t_eff

脉冲风洞（1）利用激波风洞工作原理，初始时刻，激波管的高压段（101）的④区气体与低压段（103）的①区气体之间存在压差，当高低压段膜片（102）瞬时破裂后，在高低压段膜片（102）处产生一道入射激波S、一道向下游运动的接触面C与一束中心稀疏波R；入射激波S以马赫数在①区气体中向下游运动，①区气体经过入射激波S压缩后成为高温高压的②区气体，②区气体同时具有伴随速度u₂；高低压段膜片（102）处产生的中心稀疏波R向高压段（101）上游方向传播，中心稀疏波R的波头速度为声速a₄；③区气体是④区气体经过中心稀疏波R膨胀后的气体，③区气体与②区气体之间的分界面为接触面；接触面是温度、密度、声速和熵及相关参数不连续，但是压力与速度连续的气体分界面，u₃=u₂，P₃=P₂，u₃为③区气体的伴随速度、P₃为③区气体的压力、P₂为②区气体的压力；随着时间的推移，运动的入射激波S传播到低压段（103）末端，遇到喉道二道膜片（104）发生反射，反射激波Sr以速度V_sr在②区气体中逆气流运动方向传播，②区气体被反射激波Sr再次压缩后变为更高温度和更高压力的⑤区气体；当喉道二道膜片（104）破裂后，高温高压的⑤区气体经过拉瓦尔喷管（105）膨胀加速，在试验段（106）形成高速试验气流；

入射激波S的马赫数Ms：

其中，P₄、P₁分别为高压段（101）、低压段（103）的初始充气压力，Pa；、分别为高压段（101）、低压段（103）的气体比热比；、分别为高压段（101）、低压段（103）的气体声速，m/s；

⑤区气体的温度T₅和压力P₅，与入射激波马赫数Ms满足如下关系：

其中，T₁为①区气体的初始温度，K；P₁为①区气体的初始压力，Pa；有效试验时间内经拉瓦尔喷管（105）流出的有效试验气体质量流量与⑤区气体的温度T₅和压力P₅满足如下关系式：

其中，K是由①区气体的气体比热比γ₁和气体常数R₁决定的常数，为拉瓦尔喷管（105）的喉道面积，m²；

脉冲风洞（1）的有效试验时间窗口teff计算公式如下：

其中，P₁为①区气体的初始压力，Pa；R₁为①区气体的气体常数；T₁为①区气体的初始温度，K；V₀为低压段（103）的初始体积，m³；

S12.计算脉冲风洞（1）的流场稳定建立的时间t

脉冲风洞（1）从高低压段膜片（102）破裂形成入射激波开始到试验段（106）流场稳定建立的时间t通过在高低压段膜片（102）处和试验段（106）内试验模型（4）上安装快响应压力传感器或温度传感器进行测量，或者应用如下计算公式进行保守估算：

其中，L₁为低压段（103）的长度，m；a₁为①区气体的声速，m/s；Ms为入射激波S的马赫数；

S13.获得脉冲风洞（1）运行时序

根据步骤S11、步骤S12的计算或者实验测量结果获得脉冲风洞流场建立时序；

S20.在脉冲风洞（1）的试验段（106）中安装试验模型（4），并通过快速电磁阀（3）将试验模型（4）喷流喷管与喷流系统储气管（2）连接；

S30.安装用于自动感知并输出触发信号的传感器（5）和高精度同步控制的仪器设备，各同步控制环节信号输入与输出时间差调试与测量；

S40.脉冲风洞（1）启动，高压气流冲破高低压段膜片（102），传感器（5）感受到运动激波后发送信号至延时触发器（6）；

S50.延时触发器（6）开始延时计时，直至到达预先设定的延时时间，发送信号至信号发生器（7）；

S60.信号发生器（7）输出固定脉宽、5V高电平的TTL电压信号至快速继电器（8）；TTL电压信号的脉宽控制快速继电器（8）的持续导通时间；

S70.在快速继电器（8）的持续导通时间内，常规电源（9）为快速电磁阀（3）供电，快速电磁阀（3）打开，喷流系统储气管（2）为试验模型（4）供气并形成稳定喷流；与此同时，脉冲风洞（1）的风洞主流到达试验段（106），建立模型绕流，实现稳定喷流形成时间与脉冲风洞主流形成时间同步，稳定喷流的持续时间超过脉冲风洞主流的有效试验时间。