[发明专利]一种激波风洞污染组分可控添加装置

说明书

本发明属于风洞试验技术领域，公开了一种激波风洞污染组分可控添加装置。本发明的激波风洞污染组分可控添加装置包括操纵气系统、气缸、试验气体供应系统和预混器；操纵气系统、气缸、试验气体供应系统、预混器、激波管低压段之间通过管道和阀门连接；试验气体供应系统将污染组分充入气缸，操纵气系统将气缸的污染组分送入预混器，预混器将污染组分的送入激波管低压段。本发明的激波风洞污染组分可控添加装置结构简单，添加效果好，解决了高精度的污染组分可控添加和迅速掺混均匀的问题。

技术领域

本发明属于激波风洞试验技术领域，具体涉及一种激波风洞污染组分可控添加装置。

背景技术

随着高超声速飞行技术的不断发展，先进高超声速飞行器追求更高的飞行速度、更大的有效载荷质量和更精准的飞行控制，地面试验作为高超研究领域三大主要手段之一，在孵化先进高超技术和验证技术可行性方面占据基础性地位，地面试验设备的模拟能力一定程度上决定着飞行器的研制水平甚至成败。复现真实飞行环境是地面试验设备能力建设的理想追求，但是在高超声速领域，飞行速度越高，地面设备复现真实飞行环境的难度就越大，科研工作者们不得不选择性的模拟部分飞行参数，结合理论分析将地面试验结果应用到真实飞行环境分析中。

在马赫数5~7范围内，主流地面试验设备是燃烧加热型高超声速风洞，一般采用氢燃料/碳氢燃料与氧气富氧燃烧释放热量并与空气掺混的方式产生高温高压的试验气体，但是这种模拟飞行环境的方式不可避免的引入大量的水或者二氧化碳之类的污染组分，使试验气体与天上真实飞行环境下的气体组分产生严重偏离。随着飞行马赫数的继续增加，马赫数8以上的自由来流所蕴含的焓值已经超过燃烧加热化学能量释放的极限，此时，激波风洞是开展真实飞行环境模拟的理想地面设备。但是研究表明，马赫数越大，污染组分对试验结果的可靠性影响越大，为了基于激波风洞开展高超声速自由来流污染组分对试验结果的影响研究，需要在激波风洞低压段内注入组分和浓度可控的试验气体。因为激波风洞在模拟具有高焓和高总压参数的高超声速真实飞行参数时，低压段内试验气体压力仅约1大气压量级，试验气体质量较小，多组分的精度比例控制难度较大；且激波管一般呈细长型（长径比一般约为100），激波管内部不宜加入搅拌装置，实现任意组分及浓度的添加并实现均匀的掺混比较困难。

当前，亟需发展一种激波风洞污染组分可控添加装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种激波风洞污染组分可控添加装置。

本发明的激波风洞污染组分可控添加装置，其特点是，所述的可控添加装置包括操纵气系统、气缸、试验气体供应系统和预混器；操纵气系统、气缸、试验气体供应系统和预混器、激波管低压段之间通过管道和阀门连接；试验气体供应系统将污染组分充入气缸，操纵气系统将气缸中的污染组分送入预混器，预混器将污染组分送入激波管低压段；

操纵气系统包括通过管道顺序连接的操纵气气源、减压阀和进气阀，进气阀的出口管道分为两路，一路连接气缸的操纵气入口，另一路连接泄压阀；

气缸包括操纵气室、活塞、试验气室和缸体，缸体通过活塞分为操纵气室和试验气室，操纵气室上开有与操纵气系统的进气阀连接的操纵气入口，试验气室上开有与试验气体供应系统的管道连接的试验气入口Ⅰ；

试验气体供应系统包括在一条管道上并联的若干路气体供应支路，每一支路上均有独立的气源，气源连接各自对应的截止阀；管道的前端与气缸的试验气入口Ⅰ连接，管道的后端通过真空泵截止阀与真空泵连接，管道的中段通过截止阀Ⅰ与预混器的试验气入口Ⅱ连接；

预混器包括搅拌装置、预混器腔和截止阀Ⅱ；预混器腔内安装有搅拌装置，预混器腔上开有与试验气体供应系统的截止阀Ⅰ连接的试验气入口Ⅱ，预混器腔上还开有试验气出口，试验气出口通过截止阀Ⅱ与激波管低压段连接。

进一步地，所述的试验气体供应系统并联的若干路气体供应支路包括空气气源及配套的空气截止阀支路，氮气气源及配套的氮气截止阀支路，氧气气源及配套的氧气截止阀支路，二氧化碳气源及配套的二氧化碳截止阀支路，水蒸汽气源及配套的水蒸汽截止阀支路，还包括根据试验需求增加的扩展气源及配套的扩展气源截止阀支路。