一種高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置的制作方法

本實用新型涉及流體力學技術領域，特別涉及一種高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置。

背景技術：

以超聲速燃燒(超燃)沖壓發動機為動力裝置的吸氣式高超聲速飛行器，為獲得較好的性能，要求作為其氣流捕獲、壓縮部件的高超聲速進氣道具有良好的自起動能力，即當導致進氣道不起動的因素消除后，不需要額外的輔助起動措施，進氣道也能夠恢復為起動狀態(再起動)。然而，來流馬赫數過低、攻角過大、進氣道反壓過高等飛行和操控因素，都可能造成進氣道不起動，嚴重影響飛行安全。為了降低飛行試驗中遭遇進氣道不起動的風險，在地面風洞實驗中檢測高超聲速進氣道的自起動能力，成為一項重要的風洞實驗測試技術。

鑒于高超聲速風洞在一次吹風實驗中連續可控地改變來流馬赫數的困難，通常在固定來流馬赫數的條件下，進行進氣道自起動能力檢測實驗。常規高超聲速風洞的實驗時間較長，可達秒至數十秒量級，借助傳統的步進電機、電磁閥等作動機構，開展進氣道自起動能力檢測實驗相對容易。有學者在常規高超聲速風洞中，通過移動進氣道的唇罩、連續改變進氣道的攻角、移動進氣道下游模擬進氣道反壓的節流堵錐、在進氣道下游噴射高壓氣體節流等措施，先迫使進氣道不起動，然后移除相應的進氣道不起動因素，并將進氣道再起動作為認定在類似條件下進氣道具有自起動能力的依據。

以激波風洞為代表的地面脈沖型風洞實驗設備，以其建造和運行費用相對較低，運行方式靈活，可以為大尺度進氣道提供高焓氣流的優點，在高超聲速飛行器研究領域發揮著重要的作用。然而，激波風洞的實驗時間短暫，通常僅毫秒到數十毫秒量級，常規高超聲速風洞中的進氣道自起動能力檢測技術，無法直接“移植”應用于激波風洞。因此，激波風洞面臨進氣道自起動能力檢測實驗方法的挑戰。

在現有技術中，某些學者通過在進氣道喉道處設置快速滑動閥門，迫使進氣道出現不起動，并在激波風洞中檢測進氣道的自起動能力。然而，這種快速滑動閥門，不僅其技術難度大，而且還需要針對具體的進氣道構型進行專門設計，其通用性受限。還有學者通過在進氣道下游的隔離段下壁面預先放置輕質堵塞物，先迫使進氣道出現不起動，待堵塞物被吹出進氣道后流道恢復暢通，繼而檢測進氣道的自起動能力。雖然這種檢測方法簡便，但是，輕質堵塞物的幾何形狀不規則，堵塞物的放置方式較隨意，堵塞物的移動規律不明確，堵塞物的運動形式不能有效控制，堵塞物也不可以回收后再次使用。這些因素，都導致堵塞物作用效果的可重復性較差。除此之外，某些學者采用預先安裝滌綸膜片封閉進氣道出口，先迫使進氣道不起動；然后，在實驗過程中使用脈沖高能點火器使滌綸膜片破裂，打開進氣道出口，檢測進氣道的自起動能力。然而，這種測試裝置每次實驗需要重新安裝滌綸膜片，并且使用脈沖高能點火器給控制方式和安全性帶來一定的困擾。因此，在以激波風洞為代表的脈沖型風洞中，高超聲速進氣道自起動能力檢測的實驗方法需要進一步提高。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置，該高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置可以重復使用，能夠在激波風洞有效實驗時間的初期迫使進氣道不起動，并在激波風洞有效實驗時間內檢驗高超聲速進氣道的自起動能力。

為實現上述目的，本實用新型提供一種高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置，包括：

導軌，所述導軌的一端設于高超聲速進氣道模型的內流道內，且所述導軌與所述內流道的軸線平行；

堵塊，可滑動地設于所述導軌；在所述內流道內氣流的作用下，位于所述內流道內的所述堵塊能夠沿所述導軌滑動至所述內流道外。

相對于上述背景技術，本實用新型提供的高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置，導軌的一端位于高超聲速進氣道模型的內流道內，且堵塊可滑動地設于導軌；在激波風洞中開始高超聲速進氣道自起動能力檢測實驗前，堵塊位于內流道內，堵塊造成內流道的堵塞，進氣道出現不起動，并出現多個周期性的激波振蕩流態；同時，堵塊在進氣道的內流道氣流作用下，沿著導軌以準一維的形式向進氣道的出口移動；在激波風洞的有效實驗時間內，堵塊被吹出進氣道的出口；進氣道的內流道恢復暢通，繼而可在所述激波風洞的有效實驗時間內，觀測進氣道能否恢復到起動狀態，檢測進氣道的自起動能力；激波風洞實驗結束后，堵塊仍然位于導軌之上，堵塊的外觀良好，可以再次使用。本實用新型的核心在于，利用導軌限制堵塊的運動方向，進而能夠對進氣道自起動能力進行檢測；并且檢測之后的堵塊可以重復使用，將堵塊沿著導軌推至內流道內即可；如此設置，不僅可以控制堵塊的運動形式，而且可以回收堵塊，使其可以再次使用，保證了堵塊堵塞作用過程的可重復性。

優選地，所述內流道與所述導軌均水平設置。

優選地，

所述高超聲速進氣道模型具體為二元進氣道，且所述內流道的橫截面呈矩形，所述堵塊具體為矩形堵塊；或者，

所述高超聲速進氣道模型具體為內轉式進氣道，且所述內流道的橫截面呈圓形，所述堵塊具體為圓錐堵塊。

優選地，所述內流道的堵塞度在50％～80％之間。

優選地，所述導軌具體為能夠用以作為皮托壓探針使用的空心導軌，且所述導軌的另一端設有用以檢測所述內流道內的皮托壓的壓力傳感器。

優選地，所述導軌設有用以緩沖當所述堵塊沿所述導軌滑動至所述內流道外時所具有的沖擊力的緩沖件。

優選地，還包括用以固定所述緩沖件以及所述導軌的端座，所述端座在豎直方向上設有立柱，且所述立柱的末端通過支架底座固定。

優選地，所述堵塊設有用以供所述導軌穿過的通孔，且所述通孔的內壁光滑。

優選地，所述端座相對于所述立柱的位置可調。

優選地，所述導軌與所述通孔的個數均為兩個，且兩根所述導軌的形狀尺寸相同。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例所提供的一種高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置的示意圖；

圖2為圖1中未設置二元進氣道的示意圖；

圖3為本實用新型實施例所提供的另一種高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置的示意圖。

其中：

說明書附圖1中：1-二元進氣道、2-實心導軌、3-矩形堵塊、4-導軌底座、5-緩沖墊塊、6-支架、7-支架底座；

說明書附圖2中：2-實心導軌、3-矩形堵塊、101-通孔；

說明書附圖3中：102-內轉式進氣道、103-空心導軌、104-圓錐堵塊、105-空心導軌底座、106-緩沖部件、107-豎直支架、108-壓力傳感器。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

為了使本技術領域的技術人員更好地理解本實用新型方案，下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步的詳細說明。

請參考圖1、圖2和圖3，圖1為本實用新型實施例所提供的一種高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置的示意圖；圖2為圖1中未設置二元進氣道的示意圖；圖3為本實用新型實施例所提供的另一種高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置的示意圖。

本實用新型提供的一種高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置，主要包括導軌和堵塊。導軌的一端設于高超聲速進氣道模型的內流道內，并且導軌與內流道的軸線平行；而堵塊可滑動地設于導軌；在內流道內氣流的作用下，位于內流道內的堵塊能夠沿導軌滑動至所述內流道外。

高超聲速進氣道模型可以是二元進氣道，也可以是側壓式進氣道、三維內轉式進氣道，高超聲速進氣道模型的內流道包括進氣道內壓縮段和隔離段。導軌的剛度應良好，其外徑較小，導軌的外表面光滑，最好為平直導軌，導軌的橫截面可以為圓形或圓環形。堵塊為質量較小的幾何外形規則的剛性堵塊；堵塊的形狀為正方體、長方體、三棱柱、圓柱體、圓錐體或圓球體；堵塊的橫截面尺寸、展向長度都小于高超聲速進氣道模型內流道的橫截面尺寸、展向長度；針對堵塊的質量和幾何外形，可以根據激波風洞實驗要求的堵塞時間和高超聲速進氣道模型的內流道幾何形式選取。

在激波風洞中開始高超聲速進氣道自起動能力檢測實驗前，堵塊位于內流道內，此時堵塊造成內流道的堵塞，進氣道出現不起動，并出現多個周期性的激波振蕩流態；同時，堵塊在進氣道的內流道氣流作用下，沿著導軌以準一維的形式向進氣道的出口移動；在激波風洞的有效實驗時間內，堵塊被吹出進氣道的出口；進氣道的內流道恢復暢通，繼而可在所述激波風洞的有效實驗時間內，觀測進氣道能否恢復到起動狀態，檢測進氣道的自起動能力；激波風洞實驗結束后，堵塊仍然位于導軌之上，堵塊的外觀良好，可以再次使用。

本實用新型的核心在于，利用導軌限制堵塊的運動方向，進而能夠對進氣道自起動能力進行檢測；并且檢測之后的堵塊可以重復使用，將堵塊沿著導軌推至內流道內即可；如此設置，不僅可以控制堵塊的運動形式，而且可以回收堵塊，使其可以再次使用，保證了堵塊堵塞作用過程的可重復性。根據不同的測試需要，內流道與導軌可以水平設置，也可以將內流道與導軌相對于水平面傾斜一定的角度設置。

說明書附圖1為本實用新型實施例所提供的一種高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置的示意圖，附圖3為本實用新型實施例所提供的另一種高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置的示意圖。

說明書附圖1中，二元進氣道1的內流道橫截面為矩形，二元進氣道1的展向寬度為54mm，高度為10mm；實心導軌2為兩根外徑2mm的長度相同的鋼棒，兩根實心導軌2平行于進氣道的內流道軸線且對稱設置，兩根實心導軌2的展向間距20mm；矩形堵塊3為長方體形狀，幾何尺寸為6mm(流向)×6mm(橫向)×50mm(展向)，質量為2.05g，在矩形堵塊3的迎風面中心線兩側對稱設置兩個內徑2.5mm，間距20mm的通孔，矩形堵塊3經通孔穿入實心導軌2，并可以沿著實心導軌2滑動，矩形堵塊3的迎風面距離進氣道1的出口40mm。導軌底座4為鈍楔-長方體形式的組合體，用于固定和支撐實心導軌2；緩沖墊塊5為2mm厚的矩形硅膠墊片，緊貼著導軌底座4；支架6為螺紋桿，用于固定和支撐導軌底座4；支架底座7為長方體形狀，用于固定支架6。

其工作原理為，在激波風洞有效實驗時間的初期，矩形堵塊3造成二元進氣道1的內流道堵塞；二元進氣道1出現不起動，并出現多個周期性的激波振蕩流態；同時，矩形堵塊3在二元進氣道1的內流道氣流作用下，沿著實心導軌2以準一維的形式向二元進氣道1的出口移動；在所述激波風洞的有效實驗時間內，矩形堵塊3被吹出二元進氣道1的出口；二元進氣道1的內流道恢復暢通，繼而可在所述激波風洞的有效實驗時間內，觀測二元進氣道1能否恢復到起動狀態，檢測二元進氣道1的自起動能力；所述激波風洞實驗結束后，矩形堵塊3位于實心導軌2上，矩形堵塊3的外觀良好，可以再次使用。上述為內流道呈矩形的實施例，當然，上述各個部件的具體尺寸與位置關系可以根據實際需要而定，并不限于上文所述。

說明書附圖2為圖1中未設置二元進氣道的示意圖，更詳細的給出了實心導軌2和矩形堵塊3的幾何位置，所述矩形堵塊3設有用以供所述兩個實心導軌2穿過的兩個通孔101，且所述兩個通孔101的內壁光滑。具體實施例中，兩個通孔101的內徑都為2.5mm，兩個通孔101的展向間距為20mm。工作原理：矩形堵塊3經過兩個通孔101穿入兩個實心導軌2，矩形堵塊3可以沿著兩個實心導軌2滑動。

說明書附圖3中，與附圖1的實施例相比，兩者所用的方法類似，應用的進氣道由二元進氣道換成了內轉式進氣道。高超聲速內轉式進氣道自起動能力檢測的測試裝置包括：內轉式進氣道102、空心導軌103、圓錐堵塊104、空心導軌底座105、緩沖部件106、豎直支架107和壓力傳感器108。

其中，內轉式進氣道102的出口為內徑35mm的圓形；空心導軌103為一根外徑為5mm、內徑為3mm的鋼管，兼做皮托壓探針使用；圓錐堵塊104為半錐角20度，底部直徑24mm的圓錐，其質量為5g；在圓錐堵塊104的軸線處設置內徑5.2mm的通孔，圓錐堵塊104經所述通孔穿入空心導軌103，并可以沿著空心導軌103滑動，圓錐堵塊104頂點距離內轉式進氣道102的出口45mm；空心導軌底座105為鈍楔-長方體形式的組合體，用于固定和支撐空心導軌103，并與豎直支架107連接；緩沖部件106為2mm厚的硅膠墊片，緊貼著空心導軌底座105；豎直支架107為兩根相同長度的螺紋桿，用于固定和支撐空心導軌底座105；壓力傳感器108安裝于空心導軌底座105的底部，壓力傳感器108的壓力敏感元件與兼做皮托壓探針使用的空心導軌103的內孔相連通，用于測量皮托壓。

該實施例的工作原理與上述類似，兩者的主要區別在于，空心導軌103兼做皮托壓探針使用，壓力傳感器108可以在內轉式進氣道102自起動能力檢測的實驗過程中，監測內轉式進氣道102內流道皮托壓的變化。通過上述可以看出，在激波風洞有效實驗時間的初期，堵塊位于內流道中，進而形成對內流道的堵塞；根據實際需要，可以將內流道的堵塞度控制在50％～80％之間，以便進行實驗。當然，根據實際需要，內流道的堵塞度還可以為其他數值范圍。

說明書附圖3中，導軌具體為能夠用以作為皮托壓探針使用的空心導軌103，且導軌的另一端設有用以檢測內流道內的皮托壓的壓力傳感器108。而對于說明書附圖1所給出的實施例，其導軌也可以為空心導軌103，其功能與作用相同。

本實用新型的高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置，利用端座固定緩沖件以及導軌，端座在豎直方向上設有立柱，且立柱的末端通過支架底座固定。通過說明書附圖1至附圖3可以看出，說明書附圖1與說明書附圖2中，導軌底座4即為端座，緩沖墊塊5即為緩沖件，支架6即為立柱；說明書附圖3中，空心導軌底座105即為端座，緩沖部件即為緩沖件，豎直支架107即為立柱。當然，為了實現對導軌的固定，還可以采用其他裝置，并不限于本文所述。

為了實現堵塊可滑動地設于導軌，本實用新型將堵塊設有用以供導軌穿過的通孔，且通孔的內壁光滑；如說明書附圖2，矩形堵塊3設有兩個內壁光滑的通孔101，兩根實心導軌2分別穿過每個通孔101，實現矩形堵塊3相對于實心導軌2的滑動；兩根實心導軌2的形狀尺寸相同。為了提高本實用新型高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置的適用廣泛性，端座相對于立柱的位置可調，進而調節導軌的高度位置。

針對說明書附圖1與附圖2所給出的實施例，實驗過程如下：

在激波風洞實驗前，首先應選擇質量、橫截面尺寸和展向長度合適的矩形堵塊3，經矩形堵塊3迎風面上兩個貫穿的通孔101，穿入長度相同的平行于高超聲速進氣道模型內流道軸線對稱設置的兩根實心導軌2。

將本實用新型的高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置安裝于高超聲速進氣道模型的下游，且與高超聲速進氣道模型的出口相對，并使實心導軌2和矩形堵塊3處于高超聲速進氣道模型的內流道內，確保導軌底座4與高超聲速進氣道模型的出口保持合適的距離，避免導軌底座4堵塞高超聲速進氣道模型的出口。

然后調節導軌底座4，使實心導軌2和矩形堵塊3的中心線與高超聲速進氣道模型的內流道軸線同軸，確保矩形堵塊3可以沿著實心導軌2滑動至緩沖墊塊5處；調節矩形堵塊3在實心導軌2上的位置，確保矩形堵塊3與高超聲速進氣道模型出口的距離合適。

當開始激波風洞實驗后，在激波風洞有效實驗時間的初期，矩形堵塊3造成高超聲速進氣道的內流道堵塞，高超聲速進氣道出現不起動，并出現多個周期性的激波振蕩流態，同時，在高超聲速進氣道內流道氣流的作用下，矩形堵塊3沿著所述導軌，以準一維運動的形式，向高超聲速進氣道模型的出口移動。

在激波風洞有效實驗時間內，矩形堵塊3被吹出高超聲速進氣道的內流道，高超聲速進氣道的內流道恢復暢通后，繼而可在激波風洞的有效實驗時間內，觀測高超聲速進氣道能否恢復到起動狀態，檢測高超聲速進氣道的自起動能力。

激波風洞實驗結束后，矩形堵塊3停留在所述緩沖墊塊5附近，矩形堵塊3的外觀良好，可以重復使用。

本實用新型的高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置，結構簡單，可重復使用；當直接進行高超聲速進氣道內流場拍攝時，可以額外得到堵塊的運動規律，用于流固耦合問題的校驗。

以上對本實用新型所提供的高超聲速進氣道自起動能力檢測裝置進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本實用新型的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護范圍內。