[发明专利]一种适用于超声速/高超声速流道的流量测试系统及测试方法

权利要求书

1.一种适用于超声速/高超声速流道的流量测试系统，特征在于：包括文丘里流量计、节流模块和整流模块；所述的节流模块包括堵锥(5)和直线步进电机(6)；所述的整流模块包括前整流段(1)和后等直整流段(4)；文丘里流量计(3)位于前整流段(1)和后等直整流段(4)之间，且文丘里流量计(3)的前端连接前整流段(1)而后端连接后等直流段(4)；所述节流模块中的堵锥自后向前插入后等直整流段(4)中；通过前整流段(1)和实验模型(11)相连；所述的流量测试系统需采集的信号包括前整流段内设置的总压探针(7)的压力信号、文丘里流量计(3)中的平直段测点(8)的压力信号、文丘里流量计(3)中的平直段测点(8)和喉道测点(9)的压差信号、文丘里流量计(3)中的喉道测点(9)的温度信号以及实验模型上内通道入口或者喉道附近测点(12、13)的压力信号。

2.根据权利要求1所述的适用于超声速/高超声速流道的流量测试系统，其特征在于：文丘里流量计(3)测量入口马赫数<0.3和雷诺数在2×10⁵～2×10⁶之间的空气流量。

3.根据权利要求1所述的适用于超声速/高超声速流道的流量测试系统，其特征在于：前整流段(1)包括扩压器和等直管道，所述的等直管道的长度L₁≥10D₁，其中D₁为等直管道直径；在等直管道内布置一个整流器(2)，整流器(2)的结构形式采用格栅或者蜂窝器。

4.根据权利要求1所述的适用于超声速/高超声速流道的流量测试系统，其特征在于：后等直整流段(4)是一个圆截面等直管道，管道长度L₄≥5D₁，其中D₁为等直管道直径。

5.根据权利要求1所述的适用于超声速/高超声速流道的流量测试系统，其特征在于：堵锥(5)的轴向位置通过电机(6)连续调节，并且堵锥(5)位于最下游状态不会对流道形成堵塞，最上游状态将后整流段出口完全封死，在中间某个位置能在管道内诱导出激波结构。

6.根据权利要求1所述的适用于超声速/高超声速流道的流量测试系统，其特征在于：所有的压力信号采用高频响微型动态压力传感器采集，传感器应靠近测点，且距离不超过50mm。

7.根据权利要求5所述的适用于超声速/高超声速流道的流量测试系统，其特征在于：激波位于实验模型管道内部靠近进口或者喉道的位置，激波不能被推出流道内部，其位置可以通过改变堵锥(5)的轴向位置进行调节，具体的位置由布置在实验模型上的静压测点的压力信号进行分析判断。

8.使用如权利要求1至7中任一项适用于超声速/高超声速流道的流量测试系统的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)、为提高测量精度，首先须进行标准模型实验；在流量测试系统的前等直整流段(1)前加装一标准模型(11)，该标准模型(11)为旋成体，流道面积可以是恒定的也可以是扩张的或者是先收缩后不变的形式；在标准模型(11)的入口或者喉道附近布置两个静压测点(12、13)，两个静压测点的间距不超过管道长度的5％；

(2)、待内流场建立之后，通过流量测试系统中的总压探针(7)的压力P₁^*和流量计平直段测点(8)的压力p₁的比值是否小于1.06来判断流量计入口马赫数是否小于0.3，由P₁^*和p₁，根据总静压关系式求得流量计入口马赫数，再根据风洞来流参数求得流量计入口雷诺数，判断流量计入口雷诺数是否落在流量计允许的雷诺数范围[2×10⁵～2×10⁶]，如果上述两个条件不满足，则进一步进锥直至满足为止；

(3)、监测实验模型上测点(13)的压力信号是否完成了突增，同时测点(12)的压力信号是否始终维持不变，如果是，则说明激波(14)已经被推至流道入口附近，实验可以结束，如果(13)的压力信号未突增，则需进一步进锥；

(4)、通过测量文丘里流量计平直段测点(8)的静压p₁，平直段测点(8)和喉道测点(9)的压差△p，以及喉道测点(9)的温度T₁，根据标准文丘里流量计流量计算公式计算质量流量：

qm=C1-β4ϵπ4(βD1)22Δpρ1]]>

其中C为流出系数，ε为可膨胀系数，β为喉道直径和流量计入口直径D₁的比值，密度ρ₁则由p₁和T₁根据气体状态方程计算得到；

(5)、对标准模型(11)的流量测试完毕后，对流量计算公式进行修正，然后开展真实的进气道流量测量实验；在真实的进气道喉道附近布置两个静压测点，仿照上述测量标准模型的实验流程，即可利用本发明的流量测试系统测量实际的进气道流量。