[发明专利]超高速再入试验气流地面模拟试验装置在审

专利信息
申请号: 202011157163.2 申请日: 2020-10-26
公开(公告)号: CN112444368A 公开(公告)日: 2021-03-05
发明(设计)人: 周凯;胡宗民;刘云峰;姜宗林;欧东斌 申请(专利权)人: 中国航天空气动力技术研究院
主分类号: G01M9/00 分类号: G01M9/00;G01M9/08
代理公司: 中国航天科技专利中心 11009 代理人: 张欢
地址: 100074 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 超高速 再入 试验 气流 地面 模拟 试验装置
【说明书】:

超高速再入试验气流地面模拟试验装置,包括气源系统、爆轰段等;气源系统通过输气管路将氢气及氧气充入爆轰段内,氢氧混合物引爆后形成爆轰波,爆轰波会冲破一道膜,在激波管内形成第一道主激波和中心膨胀波,激波管中的试验气体被主激波压缩并加速,主激波在试验气体中向下游传播至二道膜并将其冲破,随后在加速段形成第二道入射激波和中心膨胀波,试验气体通过第二道中心膨胀波的非定常膨胀作用继续加速向下游运动,在喷管内通过定常膨胀作用进一步提速,喷管出口试验气体经过上述三重加速作用可以达到再入速度条件,真空系统将加速段至试验及卸压段整体抽至高真空状态。本发明满足了飞行器超高速再入飞行时高焓流动环境的地面模拟需求。

技术领域

本发明涉及一种气流地面模拟试验装置。

背景技术

新世纪世界各国对太空探测、星际旅行的兴趣日益提升,这对飞行器的速度提出越来越高的要求。例如,美国的航天飞机从地球近地轨道再入大气层时,速度为7.3km/s,阿波罗飞船登月后返回地球大气层时,再入速度高达11.2km/s,火星及其他远太阳系行星探测器返回时再入速度则高达15km/s。随着飞行器飞行速度及高度的不断提高,其面临的周围流动环境也发生的改变,由简单的冻结流动发展至平衡流动、复杂的非平衡流动。由于高温真实气体效应的存在,气体的微观物理化学现象会通过热力学、激波动力学过程对飞行器宏观气动力、热规律及周围流场的气动物理特性产生影响,此时经典的气体动力学理论已难以胜任,高温真实气体效应使得气动热、力的准确预测变得更为困难。

飞行器超高速再入飞行时高焓流动环境的复杂性给它的研究带来了极大的困难,其复杂程度使理论分析受到了很大限制,同时理论分析和数值模拟又极大的依赖于试验结果的验证和修正。由于飞行试验成本较高,大量的气动试验研究还是在地面模拟设备中完成,而为了模拟飞行器超高速再入飞行时所遇到的高温真实气体效应,地面试验研究又极大的依赖于能模拟再入速度试验气流的高焓气动设备。因此,研制一种能模拟超高速再入试验气流的试验装置十分必要。

发明内容

本发明解决的技术问题是:提供了一种可以模拟飞行器超高速再入飞行气流环境的地面模拟试验装置,通过三重加速效应将试验气流加速至再入速度条件,满足了飞行器超高速再入飞行时高焓流动环境的地面模拟需求。

本发明所采用的技术方案:超高速再入试验气流模拟试验装置,包括气源系统、爆轰段、一道膜、激波管、二道膜、加速段、喷管、试验及卸压段、真空系统;

气源系统通过输气管与爆轰段一端相连;爆轰段另一端与激波管一端相连,爆轰段与激波管之间设置一道膜;激波管另一端连接加速段一端,加速段与激波管之间设置二道膜;加速段另一端连接喷管,喷管出口安装在试验及卸压段内部,真空系统连接试验及卸压段;试验及卸压段内部安装试验模型;

气源系统通过输气管路将氢气及氧气充入爆轰段内,氢氧混合物引爆后形成爆轰波,爆轰波会冲破一道膜,在激波管内形成第一道主激波和中心膨胀波,激波管中的试验气体被主激波压缩并加速,主激波在试验气体中向下游传播至二道膜并将其冲破,随后在加速段形成第二道入射激波和中心膨胀波,试验气体通过第二道中心膨胀波的非定常膨胀作用继续加速向下游运动,在喷管内通过定常膨胀作用进一步提速,喷管出口安置在试验及卸压段内部,喷管出口试验气体经过上述三重加速作用可以达到再入速度条件,真空系统将加速段至试验及卸压段整体抽至高真空状态。

进一步的,所述气源系统由高压氢气瓶和高压氧气瓶组成,通过调压阀调整压力,远程通过电磁阀控制气动阀进行充气。

进一步的,所述爆轰段采用正向爆轰驱动,并带有环形扩容腔结构,使用射流方式引爆管点火,对充入内部的氢氧混合物进行引爆,初始状态下,爆轰段内充气压力为N1,N1=0.1~2.0MPa。

进一步的,所述一道膜为钢制膜片,中心铣有十字凹槽控制膜片破裂形态。

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