專(zhuān)利名稱(chēng)：超聲速邊界層風(fēng)洞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)洞，尤其涉及一種超聲速邊界層風(fēng)洞。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代空氣動(dòng)力學(xué)技術(shù)的發(fā)展，空氣動(dòng)力學(xué)機(jī)理問(wèn)題研究越來(lái)越重要，作為 典型的可壓縮剪切流動(dòng)，超聲速邊界層研究不僅具有廣泛的應(yīng)用背景而且具有重要理論 意義?？蓧嚎s性對(duì)邊界層流場(chǎng)精細(xì)結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律還存在爭(zhēng)論，邊界層流場(chǎng)精細(xì)結(jié)構(gòu)與 邊界層動(dòng)力學(xué)特征之間的關(guān)系還有待深入研究。一百多年的邊界層研究表明，邊界層尤 其是超聲速邊界層中仍然存在大量未被認(rèn)清的問(wèn)題，這些問(wèn)題困擾流體力學(xué)科研人員的 同時(shí)，也對(duì)邊界層的工程應(yīng)用提出了越來(lái)越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。超聲速邊界層的實(shí)驗(yàn)研究亟待 深入開(kāi)展。超聲速邊界層具有三維、非定常和多尺度的特征，定量流動(dòng)成像技術(shù)是研究這 些特征的重要手段，它需要邊界層風(fēng)洞具有良好的光學(xué)測(cè)量環(huán)境，相應(yīng)的風(fēng)洞光學(xué)窗口 需要針對(duì)研究對(duì)象的特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。從邊界層生成的方法來(lái)看，現(xiàn)有邊界層實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭饕袃纱箢?lèi)一類(lèi)是將產(chǎn)生 邊界層的平板或圓錐等模型放到風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段中進(jìn)行研究，另一類(lèi)是直接對(duì)風(fēng)洞壁面自身 產(chǎn)生的邊界層進(jìn)行研究。文章 “M.Yoda，J.Westerweel, Particle image velocimetry studies of a boundary layer perturbed by localized suction, Experiments in Fluids.30 239-245, 2001.” 設(shè)計(jì)了
一個(gè)用于流動(dòng)控制研究的200mmX60mm低速邊界層平板模型，安裝在低速風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)段 中，模型下表面距風(fēng)洞壁面70mm，采用兩個(gè)底座固定支撐。文章"M.W.Smith, A.J.Smits，Visualization of the structure of supersonic turbulent boundary layers.Experiments in Fluidsl8 288-302，1995” 開(kāi)展了兩組超聲速邊界層實(shí)驗(yàn)
研究。第一組研究是在Princeton大學(xué)200mmX 200mm的下吹式超聲速風(fēng)洞壁面上進(jìn)行 的，實(shí)驗(yàn)區(qū)域距離噴管出口 1.9m，當(dāng)?shù)剡吔鐚雍穸?8mm，基于動(dòng)量損失厚度的雷諾數(shù) 為81900，速度為580m/s，馬赫數(shù)2.82。另外一組直接研究實(shí)驗(yàn)段截面為13mmX 26mm 的超聲速風(fēng)洞壁面邊界層，在觀察區(qū)域的四壁開(kāi)有光學(xué)窗口，以便于光學(xué)測(cè)試技術(shù)的實(shí) 施，觀察區(qū)域處邊界層厚度為4.2mm，基于動(dòng)量損失厚度定義的雷諾數(shù)為25000。文章"D.Heitmann et al., Non—intrusive generation of instability waves in a planar hypersonic boundary layer.Experiments in Fluids, Published online 05 August 2010. ” 開(kāi)展 了高超聲速邊界層流場(chǎng)的研究，其邊界層模型為630mmX200mm的鋼制平板，前緣斜 切角為10°，模型前端兩側(cè)安裝330mmX70mm的側(cè)翼，以抑制三維效應(yīng)對(duì)邊界層的影 響，整個(gè)邊界層模型安裝在HBL高超聲速風(fēng)洞的實(shí)驗(yàn)段中?；谀Ｐ偷倪吔鐚訉?shí)驗(yàn)研究方法的主要問(wèn)題在于一、超聲速流場(chǎng)中邊界層前 緣不可避免的產(chǎn)生激波，該激波經(jīng)過(guò)壁面或自由射流邊界反射后會(huì)與邊界層相互作用， 產(chǎn)生復(fù)雜的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，不利于邊界層自身精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究；二、因?yàn)轱L(fēng)洞并不是針對(duì)邊界層研究所設(shè)計(jì)的，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)艙一般較大，不利于采用光學(xué)非接觸測(cè)試技術(shù)對(duì)邊界層 精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測(cè)；三、某些下吹式風(fēng)洞雷諾數(shù)較大，流場(chǎng)未經(jīng)降噪處理，嚴(yán)重影響邊 界層的轉(zhuǎn)捩與失穩(wěn)特性，不利于機(jī)理研究。直接采用風(fēng)洞壁面產(chǎn)生邊界層進(jìn)行研究，雖然克服了激波干擾的問(wèn)題，但難以 采用光學(xué)手段觀測(cè)噴管內(nèi)部邊界層，這對(duì)研究上游流場(chǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)邊界層的影響是十分不利 的。除此之外，現(xiàn)有風(fēng)洞的寬高比接近1，兩側(cè)壁邊界層的發(fā)展嚴(yán)重干擾邊界層的流場(chǎng)結(jié) 構(gòu)，同樣不利于機(jī)理研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種超聲速邊界層風(fēng)洞，用于超聲速邊界層機(jī) 理研究，其中的邊界層流態(tài)可控，并且便于光學(xué)非接觸測(cè)試技術(shù)的實(shí)施。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，包 括過(guò)渡段，用于引入氣流，并對(duì)氣流進(jìn)行第一級(jí)整流；穩(wěn)定段，連接在過(guò)渡段的下 游，用于對(duì)氣流進(jìn)行第二級(jí)整流；以及噴管實(shí)驗(yàn)段，連接在穩(wěn)定段的下游，噴管實(shí)驗(yàn)段 的周壁形成有透明窗口包括噴管部，構(gòu)造成單邊膨脹噴管結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)部，位于噴管部 的下游，以及邊界層平板，設(shè)置在噴管實(shí)驗(yàn)段的內(nèi)腔中，從噴管部延伸到實(shí)驗(yàn)部中。進(jìn)一步地，上述超聲速邊界層風(fēng)洞還包括擴(kuò)壓段，具有沿朝向下游方向收縮的 內(nèi)腔結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步地，邊界層平板為可拆卸地設(shè)置在噴管實(shí)驗(yàn)段中。進(jìn)一步地，過(guò)渡段的橫截面從上游端向下游端呈由圓形輪廓向矩形輪廓過(guò)渡的 變化形態(tài)。進(jìn)一步地，穩(wěn)定段的橫截面呈矩形，包括相平行的上周壁和下周壁以及連接上 周壁和下周壁的兩個(gè)側(cè)壁。進(jìn)一步地，噴管實(shí)驗(yàn)段的橫截面呈矩形，包括上周壁和下周壁以及連接上周壁 和下周壁的兩個(gè)側(cè)壁，上周壁的內(nèi)表面形成一體的連續(xù)噴管型面曲線。進(jìn)一步地，邊界層平板通過(guò)支撐件設(shè)置在噴管實(shí)驗(yàn)段中，并位于下周壁上方預(yù) 定高度處。進(jìn)一步地，在邊界層平板的上側(cè)形成一上腔，下側(cè)形成一下腔。進(jìn)一步地，邊界層平板的上游端延伸經(jīng)過(guò)噴管部的喉部而進(jìn)入亞聲速區(qū)域中。進(jìn)一步地，邊界層平板的上游端適應(yīng)于該處對(duì)應(yīng)的噴管型面曲線的流線形狀而 形成向上彎曲的導(dǎo)流帶。進(jìn)一步地，導(dǎo)流帶具有呈弧面或平面狀向上游外側(cè)傾斜的過(guò)渡表面及位于上游 端的尖端邊緣。進(jìn)一步地，在噴管實(shí)驗(yàn)段的下周壁上設(shè)置有邊界層抽吸出口，邊界層抽吸出口 設(shè)置在與噴管部的喉部之前對(duì)應(yīng)的位置。進(jìn)一步地，邊界層抽吸出口向前延伸到與導(dǎo)流部對(duì)應(yīng)的位置。進(jìn)一步地，噴管實(shí)驗(yàn)段的寬高比大于4。進(jìn)一步地，噴管實(shí)驗(yàn)段的實(shí)驗(yàn)部的四個(gè)周壁均形成有透明窗口。進(jìn)一步地，透明窗口向前延伸到邊界層平板的上游端所在區(qū)域。
進(jìn)一步地，穩(wěn)定段中包括整流裝置，整流裝置包括蜂窩器和沙網(wǎng)。進(jìn)一步地，邊界層平板采用光學(xué)玻璃制成。本發(fā)明具有以下技術(shù)效果1.通過(guò)在風(fēng)洞的噴管實(shí)驗(yàn)段內(nèi)腔中設(shè)置邊界層平板，并將噴管實(shí)驗(yàn)段的噴管部 構(gòu)造成單邊膨脹噴管結(jié)構(gòu)，從而在邊界層平板上可以生成所需的邊界層。由于邊界層平 板的形狀便于設(shè)置，通過(guò)改變邊界層平板的形狀和/或表面紋理(包括整體區(qū)域或局部 區(qū)域的表面紋理，例如粗糙度、是否有條紋或其他形狀的表面圖案、條紋或其他圖案的 延伸方向等)就可以實(shí)現(xiàn)邊界層流態(tài)可控，以便于對(duì)超聲速邊界層層的流場(chǎng)特性進(jìn)行研 究。另外，通過(guò)設(shè)置邊界層平板來(lái)生成邊界層，可以使得實(shí)驗(yàn)段內(nèi)部盡可能減少或者沒(méi) 有激波。2.由于噴管實(shí)驗(yàn)段的周壁形成有透明窗口，特別是可以在其四個(gè)周壁均形成透 明窗口，因而便于光學(xué)非接觸測(cè)試技術(shù)實(shí)施，便于觀察邊界層流場(chǎng)形態(tài)。另外，邊界 層平板優(yōu)選由光學(xué)玻璃制成，這樣，透明的邊界層平板有利于光學(xué)非接觸測(cè)試技術(shù)的實(shí) 施。3.將噴管實(shí)驗(yàn)段的寬高比設(shè)置為大于4，優(yōu)選大于5，可以有效地消除左右連接 側(cè)壁的邊界層對(duì)目標(biāo)邊界層流場(chǎng)的影響，以獲得理想的流場(chǎng)流態(tài)。4.噴管實(shí)驗(yàn)段上周壁的內(nèi)表面形成一體的連續(xù)噴管型面曲線，這樣，單邊膨脹 噴管結(jié)構(gòu)的一側(cè)是連續(xù)噴管型面曲線，另一側(cè)是可控的邊界層平板表面，因而整個(gè)噴管 壁面曲率連續(xù)，有利于全流場(chǎng)消波。5.邊界層平板的上游端適應(yīng)于該處對(duì)應(yīng)的噴管型面曲線的流線形狀而形成向上 彎曲的導(dǎo)流帶，有利于避免前緣邊界層出現(xiàn)分離泡，可以實(shí)現(xiàn)可控制的流場(chǎng)流態(tài)，邊界 層流場(chǎng)品質(zhì)好，二維特性好。通過(guò)使導(dǎo)流帶具有呈弧面或平面狀向上游外側(cè)傾斜的過(guò)渡 表面及位于上游端的尖端邊緣，進(jìn)一步改善了導(dǎo)流特性。邊界層平板從亞聲速段開(kāi)始產(chǎn) 生邊界層，避免了超聲速平板繞流的前緣激波。6.在所述噴管實(shí)驗(yàn)段的下周壁上設(shè)置有邊界層抽吸出口，所述邊界層抽吸出口 設(shè)置在與噴管部的喉部對(duì)應(yīng)的位置，通過(guò)喉部抽吸以及氣流在該處的收縮加速，可以盡 可能地降低上游來(lái)流邊界層的影響。7.將透明窗口向前延伸到所述邊界層平板的上游端所在區(qū)域，這樣可以全面地 觀察和研究邊界層流場(chǎng)的形成前后演變過(guò)程。除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu) 點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。


附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本發(fā)明的示意性 實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1示出了本發(fā)明的超聲速邊界層風(fēng)洞的整體上視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中的超聲速邊界層風(fēng)洞沿A-A位置的主視剖視結(jié)構(gòu)示意圖；以及圖3為圖2中B部的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明可以由權(quán)利要求限 定和覆蓋的多種不同方式實(shí)施。參見(jiàn)圖1，圖2，根據(jù)本發(fā)明的一種超聲速邊界層風(fēng)洞，包括位于風(fēng)洞最前端 的過(guò)渡段1，用于引入氣流(氣流可以是空氣流，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、領(lǐng)域、要求等的不同， 也可以采用其他氣體)，并對(duì)氣流進(jìn)行第一級(jí)整流，使進(jìn)入其中的氣流形成需要的流動(dòng)形 態(tài)(平流形態(tài))；穩(wěn)定段2，連接在過(guò)渡段1的下游，用于對(duì)氣流進(jìn)行第二級(jí)整流，使進(jìn) 入其中的氣流具有穩(wěn)定的流動(dòng)特性；噴管實(shí)驗(yàn)段3，連接在穩(wěn)定段2的下游，包括噴管 部31，構(gòu)造成單邊膨脹噴管結(jié)構(gòu)，對(duì)從穩(wěn)定段2中流入的氣流進(jìn)行加速，使風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)部 入口氣流達(dá)到超聲速狀態(tài)；實(shí)驗(yàn)部32，位于所述噴管部的下游，用于對(duì)形成的超聲速邊 界層流場(chǎng)的時(shí)空結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀測(cè)等實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)部32的周壁形成有透明窗口；以及邊界 層平板(例如光學(xué)玻璃材質(zhì)的平板)33，設(shè)置在所述噴管實(shí)驗(yàn)段3的內(nèi)腔中，從噴管部31 延伸到實(shí)驗(yàn)部32中，用于與噴管部和實(shí)驗(yàn)部的周壁相配合，形成超聲速邊界層流場(chǎng)。通過(guò)在風(fēng)洞的噴管實(shí)驗(yàn)段3內(nèi)腔中設(shè)置邊界層平板33，并將噴管實(shí)驗(yàn)段3的噴管 部31構(gòu)造成單邊膨脹噴管結(jié)構(gòu)，從而在邊界層平板33上可以生成所需的邊界層。由于 邊界層平板33的表面紋理便于設(shè)置，通過(guò)改變邊界層平板33的形狀和/或表面紋理(包 括整體區(qū)域或局部區(qū)域的表面紋理，例如粗糙度、是否有條紋或其他形狀的表面圖案、 條紋或其他圖案的延伸方向等)就可以實(shí)現(xiàn)邊界層流態(tài)可控，以便于對(duì)超聲速邊界層的 流場(chǎng)特性進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)部3的周壁上的透明窗口至少要形成在實(shí)驗(yàn)部區(qū)域。優(yōu)選地，可以在四個(gè) 周壁均形成透明窗口，這樣可以很方便地觀察邊界層流場(chǎng)形態(tài)。優(yōu)選地，透明窗口的材 料為光學(xué)玻璃，而且光學(xué)玻璃也可以設(shè)置在噴管部31的上下周壁和側(cè)壁上，以便于進(jìn)行 光學(xué)非接觸測(cè)試技術(shù)的實(shí)施。優(yōu)選地，透明窗口向前延伸到邊界層平板33的上游端所在 區(qū)域，這樣可以全面地觀察和研究邊界層流場(chǎng)的形成前后演變過(guò)程。在混合實(shí)驗(yàn)部32的 下游還連接有擴(kuò)壓段4，具有沿朝向下游方向收縮的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)。進(jìn)入過(guò)渡段1的氣流經(jīng)過(guò)穩(wěn)定段2的穩(wěn)定處理，然后送入噴管實(shí)驗(yàn)段3中，穩(wěn)定 的氣流經(jīng)過(guò)噴管部31進(jìn)行加速，并在邊界層平板33上形成超聲速邊界層，使整個(gè)噴管實(shí) 驗(yàn)段內(nèi)的流場(chǎng)滿(mǎn)足邊界層實(shí)驗(yàn)研究需要，在邊界層平板33的下游氣流入擴(kuò)壓段4中，擴(kuò) 壓段4為收縮管道，起到擴(kuò)壓節(jié)能的作用，以提高風(fēng)洞的啟動(dòng)性能。邊界層平板33優(yōu)選為可拆卸地設(shè)置在噴管實(shí)驗(yàn)段3中，當(dāng)為了滿(mǎn)足不同實(shí)驗(yàn)需 要而對(duì)邊界層平板33的相關(guān)形狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，可以很方便地將已安裝的邊界層平 板33拆除，并換裝已經(jīng)調(diào)整為所需結(jié)構(gòu)的邊界層平板33，從而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流動(dòng)的控 制，能夠有效地提高實(shí)驗(yàn)效率，節(jié)約時(shí)間。另外，邊界層平板優(yōu)選采用光學(xué)玻璃制成， 一是可以降低表面粗糙度，二是便于探測(cè)光線照明流場(chǎng)。本實(shí)施例中，超聲速邊界層風(fēng)洞的過(guò)渡段1的橫截面從上游端向下游端呈由圓 形輪廓向矩形輪廓過(guò)渡的變化形態(tài)。入口處圓形輪廓可以方便地與外部送風(fēng)設(shè)備的圓形 出風(fēng)口相連接。如果外部送風(fēng)設(shè)備的出風(fēng)口為矩形，則過(guò)渡段上游端只需要配置相應(yīng)的 矩形輪廓即可。過(guò)渡段1與穩(wěn)定段2的連接端為矩形輪廓，能夠?qū)崿F(xiàn)與穩(wěn)定段2的良好 銜接。
穩(wěn)定段2的橫截面呈矩形，包括相平行的上周壁和下周壁以及連接上周壁和下 周壁的兩個(gè)側(cè)壁，可以對(duì)過(guò)渡段1中的氣流進(jìn)行調(diào)整，使從過(guò)渡段1進(jìn)入的氣體在其中穩(wěn) 定的流動(dòng)。噴管實(shí)驗(yàn)段3的橫截面呈矩形，包括上周壁和下周壁以及連接上周壁和下周 壁的兩個(gè)側(cè)壁，上周壁和下周壁形成一體的連續(xù)噴管型面曲線，這樣，單邊膨脹噴管結(jié) 構(gòu)的一側(cè)是連續(xù)噴管型面曲線，另一側(cè)是可控的邊界層平板表面，因而整個(gè)噴管壁面曲 率連續(xù)，有利于全流場(chǎng)消波。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的超聲速邊界層風(fēng)洞的實(shí)施例，邊界層平板23通過(guò)支 撐件332設(shè)置在噴管實(shí)驗(yàn)段3中，并位于下周壁上方預(yù)定高度處。支撐件332設(shè)置在邊界 層平板23的前端，起到支撐邊界層平板23并使其處于預(yù)定高度的作用。由于邊界層平 板23懸空設(shè)置在噴管實(shí)驗(yàn)段3的內(nèi)腔中，從噴管部31延伸到所述實(shí)驗(yàn)部32中，這樣， 邊界層僅由邊界層平板來(lái)決定，可以盡可能地避免下周壁內(nèi)表面對(duì)生成氣流的流場(chǎng)的影 響。在邊界層平板23的上側(cè)形成一個(gè)上腔301，下側(cè)形成一個(gè)下腔302。優(yōu)選地，本實(shí) 施例中邊界層平板23的上游端延伸經(jīng)過(guò)所述噴管部31的喉部而進(jìn)入亞聲速區(qū)域303中， 噴管平面壁在亞聲速段內(nèi)根據(jù)該段地流線形狀，略向上彎。邊界層平板23的上游端適應(yīng) 于該處對(duì)應(yīng)的噴管型面曲線的流線形狀而形成向上彎曲的導(dǎo)流帶331，有利于避免前緣邊 界層出現(xiàn)分離泡，可以更有利于實(shí)現(xiàn)可控制的流場(chǎng)流態(tài)，邊界層流場(chǎng)品質(zhì)好，二維特性 好。導(dǎo)流帶331具有呈弧面或平面狀向上游外側(cè)傾斜的過(guò)渡表面及位于上游端的尖端邊 緣，當(dāng)氣流從穩(wěn)定段2進(jìn)入噴管實(shí)驗(yàn)段3中時(shí)，進(jìn)一步改善了導(dǎo)流特性，有利于避免傳統(tǒng) 平板邊界層中，平板前緣激波反射帶來(lái)的干擾。作為對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)重要改進(jìn)(這是本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)之一)，噴管實(shí)驗(yàn) 段3的下周壁上設(shè)置有邊界層抽吸出口 34，邊界層抽吸出口 34設(shè)置在與噴管部31的喉部 對(duì)應(yīng)的位置，通過(guò)喉部抽吸以及氣流在該處的收縮加速，可以盡可能地降低上游來(lái)流邊 界層的影響。作為更進(jìn)一步的改進(jìn)，邊界層抽吸出口 34向前延伸到噴管部31的喉部中 與導(dǎo)流部331對(duì)應(yīng)的位置(已過(guò)了喉部中通道最窄的位置到了亞聲速區(qū)域)，可以使氣流 在進(jìn)入導(dǎo)流部331時(shí)獲得更好的加速效果，更重要的是，還可以更好地減少上游來(lái)流邊 界層的影響。在本實(shí)施例中，噴管實(shí)驗(yàn)段3的寬高比(系指噴管實(shí)驗(yàn)段中通道的寬高比，可以 按照左右側(cè)壁之間的距離與上下周壁之間的距離之比來(lái)計(jì)算)大于4，優(yōu)選地，其寬高比 大于5，由此所形成的噴管實(shí)驗(yàn)段3，可以有效地消除左右連接側(cè)壁的邊界層對(duì)平板邊界 層流場(chǎng)的影響，以獲得理想的流場(chǎng)流態(tài)。為了使穩(wěn)定段2中的氣流具有較好的穩(wěn)定流動(dòng)效果，在穩(wěn)定段2的下游設(shè)置有整 流裝置22，整流裝置22包括蜂窩器和沙網(wǎng)。蜂窩器可有效的抑制來(lái)流的橫向脈動(dòng)，沙網(wǎng) 可使大尺度旋渦碎裂為小尺度旋渦。整流裝置22的存在，可以使流入穩(wěn)定端2內(nèi)的氣流 更加平穩(wěn)，降低了湍流度，使氣流能夠獲得更加穩(wěn)定的流動(dòng)性能，可以使進(jìn)入噴管實(shí)驗(yàn) 段3內(nèi)的流動(dòng)氣體所受到的干擾降到最小，使實(shí)驗(yàn)取得較為準(zhǔn)確的效果。本實(shí)施例中的噴管部31和實(shí)驗(yàn)段32整體加工構(gòu)成噴管實(shí)驗(yàn)段3，為二維構(gòu)型， 可通過(guò)調(diào)整噴管部31長(zhǎng)度控制流態(tài)為層流或湍流。由上述描述可知，根據(jù)本發(fā)明的超聲速邊界層風(fēng)洞，通過(guò)改變邊界層平板的形 狀和表面紋理(包括表面粗糙度和紋理形態(tài)等)實(shí)現(xiàn)邊界層流態(tài)可控，便于對(duì)超聲速邊界層層的流場(chǎng)特性進(jìn)行研究，可以有效地消除左右連接側(cè)壁邊界層對(duì)平板邊界層流場(chǎng)的影 響，以獲得理想的流場(chǎng)流態(tài)，通過(guò)在實(shí)驗(yàn)部32四周均設(shè)置光學(xué)玻璃構(gòu)成的周壁，使其便 于實(shí)施光學(xué)非接觸測(cè)試技術(shù)，便于觀察邊界層流場(chǎng)形態(tài)。 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的 技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的 任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，包括過(guò)渡段(1)，用于引入氣流，并對(duì)氣流進(jìn)行第一級(jí)整流；穩(wěn)定段(2)，連接在所述過(guò)渡段(1)的下游，用于對(duì)氣流進(jìn)行第二級(jí)整流；以及噴管實(shí)驗(yàn)段(3)，連接在所述穩(wěn)定段(2)的下游，所述噴管實(shí)驗(yàn)段(3)的周壁形成有 透明窗口，包括噴管部(31)，構(gòu)造成單邊膨脹噴管結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)部(32)，位于所述噴管部的下游，以及邊界層平板(33)，設(shè)置在所述噴管實(shí)驗(yàn)段(3)的內(nèi)腔中，從所述噴管部(31)延伸到 所述實(shí)驗(yàn)部(32)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，還包括擴(kuò)壓段(4)，具有 沿朝向下游方向收縮的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，所述邊界層平板為可拆卸 地設(shè)置在所述噴管實(shí)驗(yàn)段(3)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，所述過(guò)渡段(1)的橫截面 從上游端向下游端呈由圓形輪廓向矩形輪廓過(guò)渡的變化形態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，所述穩(wěn)定段(2)的橫截面 呈矩形，包括相平行的上周壁和下周壁以及連接所述上周壁和下周壁的兩個(gè)側(cè)壁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，所述噴管實(shí)驗(yàn)段(3)的橫 截面呈矩形，包括上周壁和下周壁以及連接所述上周壁和下周壁的兩個(gè)側(cè)壁，所述上周 壁的內(nèi)表面形成一體的連續(xù)噴管型面曲線。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，所述邊界層平板(33)通 過(guò)支撐件(332)設(shè)置在所述噴管實(shí)驗(yàn)段(3)中，并位于所述下周壁上方預(yù)定高度處。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，在所述邊界層平板(33) 的上側(cè)形成一上腔(301)，下側(cè)形成一下腔(302)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，所述邊界層平板(23)的 上游端延伸經(jīng)過(guò)所述噴管部(31)的喉部而進(jìn)入亞聲速區(qū)域(303)中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，所述邊界層平板(23)的 上游端適應(yīng)于該處對(duì)應(yīng)的噴管型面曲線的流線形狀而形成向上彎曲的導(dǎo)流帶(331)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，所述導(dǎo)流帶(331)具有 呈弧面或平面狀向上游外側(cè)傾斜的過(guò)渡表面及位于上游端的尖端邊緣。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，在所述噴管實(shí)驗(yàn)段(3) 的下周壁上設(shè)置有邊界層抽吸出口(34)，所述邊界層抽吸出口(34)設(shè)置在與所述噴管部 (31)的喉部對(duì)應(yīng)的位置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，所述邊界層抽吸出口 (34)向前延伸到與所述導(dǎo)流部(331)對(duì)應(yīng)的位置。
14.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，所述噴管實(shí)驗(yàn)段(3)的 寬高比大于4。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，所述噴管實(shí)驗(yàn)段(3)的 實(shí)驗(yàn)部的四個(gè)周壁均形成有透明窗口。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，所述透明窗口向前延伸 到所述邊界層平板(33)的上游端所在區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，所述穩(wěn)定段(2)中包括 整流裝置(22)，所述整流裝置(22)包括蜂窩器和沙網(wǎng)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲速邊界層風(fēng)洞，其特征在于，所述邊界層平板(33)采 用光學(xué)玻璃制成。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種超聲速邊界層風(fēng)洞，包括過(guò)渡段(1)，用于引入氣流，并對(duì)氣流進(jìn)行第一級(jí)整流；穩(wěn)定段(2)，連接在所述過(guò)渡段(1)的下游，用于對(duì)氣流進(jìn)行第二級(jí)整流；以及噴管實(shí)驗(yàn)段(3)，連接在所述穩(wěn)定段(2)的下游，包括噴管部(31)，構(gòu)造成單邊膨脹噴管結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)部(32)，所述實(shí)驗(yàn)部(32)的周壁形成有透明窗口，以及邊界層平板(33)，設(shè)置在所述噴管實(shí)驗(yàn)段(3)的內(nèi)腔中，從所述噴管部(31)延伸到所述實(shí)驗(yàn)部(32)中，能夠?qū)崿F(xiàn)邊界層流態(tài)控制，并且便于光學(xué)非接觸測(cè)試技術(shù)的實(shí)施。
文檔編號(hào)G01M9/04GK102012307SQ20101055128
公開(kāi)日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者劉衛(wèi)東, 梁劍寒, 王振國(guó), 趙玉新 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)