[发明专利]一种变截面重活塞压缩器

说明书

本发明涉及一种变截面重活塞压缩器，包括高压空气室，重活塞，压缩管，夹膜机构；所述高压空气室用于驱动重活塞；压缩管包括压缩管粗段和压缩管细段，二者的直径比在2.0～3.5范围内；重活塞在高压空气室的驱动下在压缩管粗段内运动；夹膜机构将膜片夹持在压缩管细段内部。本发明采用变截面结构的活塞压缩管可以有效缓解反射稀疏波引起的激波衰减，使得风洞焓值和喷管贮室压力的平稳性将获得较大的提升，风洞有效试验时间得以延长。

技术领域

本发明涉及一种变截面重活塞压缩器，属于风洞试验领域。

背景技术

使用重活塞压缩器的激波管风洞(以下简称自由活塞激波风洞)主要用以获取高焓试验气流，模拟高超声速(或者超高声速)飞行环境，为高超声速飞行器的气动/防热设计提供技术支持。简单而言，重活塞压缩器是一种特殊的加热加压装置，其原理是，利用高压空气推动重活塞运动，并通过重活塞对压缩管中的驱动气体实施快速的等熵压缩。驱动气体一般采用氦气/氩气的等轻质气体，具有较高比热比，因此经过压缩，可以获得很高的温度和压力。活塞压缩器是自由活塞激波风洞的核心部件之一，活塞压缩器的性能决定了自由活塞激波风洞的驱动能力。

在自由活塞激波风洞中，传统的重活塞压缩器一般采用等截面设计，压缩管末端和较细的激波管直接相连，主膜片紧靠压缩管末端。等截面设计的重活塞压缩器意味着活塞具有更长的减速距离，便于活塞实现软着陆；另一方面，等截面设计的重活塞压缩器有助于风洞形成更强的入射激波。但是在实际运行中，采用等截面重活塞压缩器的自由活塞激波风洞入射激波在行进过程中衰减十分严重，这不仅降低了风洞焓值，也影响了风洞喷管贮室压力的平稳性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供种变截面重活塞压缩器，为激波管风洞运行提供稳定的高温高压的驱动气体。

本发明目的通过如下技术方案予以实现：

提供一种变截面重活塞压缩器，包括高压空气室，重活塞，压缩管，夹膜机构；

所述高压空气室用于驱动重活塞；

压缩管包括压缩管粗段和压缩管细段，二者的直径比在2.0～3.5范围内；

重活塞在高压空气室的驱动下在压缩管粗段内运动；

夹膜机构将膜片夹持在压缩管细段内部。

优选的，压缩管粗段和压缩管细段的内部连接端设置缓冲部件，对活塞在运行末段进行减速。

优选的，压缩管粗段和压缩管细段的连接端外部设置活塞缓冲机构，通过根据活塞质量和压缩管质量匹配惯性质量。

优选的，压缩管粗段与压缩管细段之间的容积比例根据重活塞压缩器的设计压缩比，为重活塞压缩器的设计压缩比的1.2到2.0倍。

优选的，重活塞压缩器的设计压缩比为25-60之间。

优选的，活塞头部具有柔性套头，与缓冲部件配合，保证吸收活塞剩余的动能(活塞在压缩管粗段末端位置速度不大于20m/s)。

优选的，忽略压缩管粗段和压缩管细段之间过渡连接段的容积，压缩管的设计满足如下约束：

其中L表示压缩管粗段长度，l表示压缩管细段长度，λ为设计压缩比，D为压缩管粗段直径，d为压缩管细段直径。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明采用变截面结构的活塞压缩管可以有效缓解反射稀疏波引起的激波衰减，使得风洞焓值和喷管贮室压力的平稳性将获得较大的提升，风洞有效试验时间得以延长。

(2)本发明优选了粗段和细段的直径比例及长度比例，有利于活塞压缩器获得平稳的驱动状态，并实现活塞的软着陆。