[发明专利]一种激波管

说明书

技术领域

本发明涉及流体力学技术领域，特别涉及一种激波管。

背景技术

激波管是产生激波并利用运动激波压缩被驱动段气体以模拟所需工况的一种实验装置。当前，无论是利用激波压缩获得高速飞行器所需的高焓流动，还是利用激波开展燃料自点火特性研究等科学技术领域，都会遇到如何产生和准确控制强激波的问题。

在现有中，有些学者指出：在激波管中提高激波强度的方法主要是增大驱动段与被驱动段气体的压比或声速比。然而，单纯的依靠增大压比和声速比，在激波管中所能产生的激波强度有限，特别是当被驱动段不能抽真空时，这种限制尤为突出。

除此之外，还有些学者根据激波动力学理论，设计的壁面能够使较小强度的入射平面激波在收缩管道中连续增强，然后仍然以平面形状进入较小截面直管段传播，从而得到强度增大的平面激波。然而，这种壁面仅在管道高度方向上进行汇聚，对激波管的空间利用率较低，其激波增强的能力也受到一定的限制。特别是，当作为实验段的较小截面直管段的管道高度不能缩小时，就需要大幅提高收缩段的初始管道高度。如果被驱动段采用轴对称或者三维的壁面收缩型线，首先需要严格地推导出轴对称或者三维激波动力学理论，其过程复杂而且难度较大；即使得到了轴对称或者三维激波动力学理论，由于轴对称或者三维收缩管道固有的聚焦效应对扰动很敏感，在壁面收缩型线的设计和实际加工过程中，一旦激波面上出现不理想的扰动，很容易在管道中心汇聚增强为强扰动间断，甚至出现马赫反射等复杂干扰现象，导致激波增强过程难以控制。因此，需要挖掘二维壁面收缩型线的潜力，进一步提升其激波增强的能力。

发明内容

本发明的目的是提供一种激波管，该激波管可以准确且高效地提高初始入射激波的强度，使激波管能够较容易的模拟强激波和高温高压环境。

为实现上述目的，本发明提供一种激波管，包括被驱动段中供实验气体流通的矩形管道，所述矩形管道在长度方向上分别设置有相互连通的宽度收缩段和高度收缩段。

相对于上述背景技术，本发明提供的激波管，在被驱动段的矩形管道中，在宽度和高度方向上分别设置宽度收缩段和高度收缩段；宽度收缩段和高度收缩段作为相互连通的两段，能够大幅度地增加矩形管道的面积收缩比，准确且高效地提高激波的增强效果；如此设置的激波管，其空间利用率高，可行性好，使激波管能够较容易的模拟强激波和高温高压环境。

优选地，所述宽度收缩段靠近所述矩形管道的进口端，且所述高度收缩段靠近所述矩形管道的出口端；或者，

所述宽度收缩段靠近所述矩形管道的出口端，并且所述高度收缩段靠近所述矩形管道的进口端。

针对具有矩形管道的激波管，可以首先在宽度方向上收缩，然后在高度方向上进行收缩；除此之外，还可以先在高度方向上收缩，然后在宽度方向上收缩；可以根据实际需要选择上述的两种方式之一。

优选地，所述宽度收缩段和所述高度收缩段分别至少设置一段，使所述的矩形管道在宽度上和高度上分别至少进行一次收缩；所述的收缩段都具有基于激波动力学设计的二维收缩型线，使平面激波经过一段收缩段的可控增强之后，恢复为平面波面形状，并且波后没有明显扰动；增强后的平面激波在下一段收缩段，仍然可以进行可控增强，最后得到激波强度显著增加的平面激波。

优选地，还包括：

用以与上游法兰相连的第一矩形壁，包括位于左右两侧的第一侧壁以及位于上下两端的第一上下壁；

与所述第一矩形壁相连、且具有所述宽度收缩段的宽度收缩管壁，且所述上游法兰、所述第一矩形壁、与所述宽度收缩段的管道同轴；

与所述宽度收缩管壁相连、且具有所述高度收缩段的高度收缩管壁，所述宽度收缩段末端连接所述高度收缩段的入口；并且所述宽度收缩段末端的尺寸与所述高度收缩段的入口尺寸相同；

设置于所述高度收缩段末端、且与下游法兰相连的第二矩形壁，且所述下游法兰、所述第二矩形壁、与所述高度收缩段末端的管道同轴；

所述第二矩形壁包括位于左右两侧的第二侧壁以及位于上下两端的第二上下侧壁。

优选地，所述宽度收缩段包括截面尺寸恒定的宽度收缩缓冲段以及宽度收缩型线段，且所述缓冲段靠近所述上游法兰；所述高度收缩段包括靠近所述宽度收缩型线段的高度收缩型线段，所述高度收缩型线段的末端设置截面尺寸恒定的高度收缩缓冲段。

优选地，所述宽度收缩型线段上下或者左右对称，所述高度收缩型线段上下或者左右对称。

优选地，所述宽度收缩段和所述高度收缩段同轴设置。