高温风洞蓄热式加热器蓄热单元初步设计与分析

蓄热式加热器是目前高温纯净空气风洞最具潜力和优势的一种加热方式.针对空心砖型蓄热式加热器,开展了空心砖型蓄热单元初步设计研究,涉及换热性能、压降控制和热应力评估等方面.结合一个预定的试验状态要求,对空心砖型蓄热单元的初步设计进行分析与讨论,评估孔径、孔间距、蓄热阵高度等几何设计参数对换热性能、压降控制和当地热应力水平的影响,进而确定空心砖型蓄热单元的基本设计方案,结果表明孔径、孔间距是加热器设计的关键参数,对其它参数、运行性能、安全性具有显著影响,高度选择直接影响出口气流温度水平及其稳定时间,初步设计方案可以很好地满足马赫数6.0试验模拟状态要求.研究结果可为空心砖型蓄热式加热器工程设计和方案评估提供有益的参考.     

高超声速风洞气动布局设计

在分析国内外高超声速风洞发展现状的基础上,根据南京航空航天大学高超声速风洞(Nanjing Universityof Aeronautics & Astronautics Hypersonic Wind Tunnel,NHW)总体技术指标和要求,对该风洞气动布局设计方案和备部件的气动设计进行了研究.风洞气动布局设计点为马赫数5和8、设计总压为1 Mpa、总温685 K;风洞驱动方式采用高压下吹-真空吸气式方案,运行时间大于10 s、高压气源容积为32 m3、真空容积为650 m3;风洞加热方式采用金属板蓄热式加热器方案;风洞试验马赫数获取方式采用φ0.5 m口径的马赫数5,6,7和8的型面喷管方案.     

一种大型、大功率辐射内加热器的设计

热强度试验技术是为解决飞行器的热障问题而发展的,热设计已经成为飞行器设计的重要方面,而地面模拟试验则是验证设计的重要手段,通常地面实验以模拟气体动力学加热为主,对于管道、喷管等结构的内加热模拟较少.此类结构的能量传递方向由内向外,采用内加热更加合理、可行.在国内热强度试验领域,接触的实例并不多,大型、大功率的内加热器则更少,我们针对某结构件静热联合试验,就一种大型、大功率辐射内加热器的设计技术进行了初步研究,设计生产了内加热器并成功应用到了具体试验中.     

燃烧加热器气动阀门阀后压力的模糊控制

燃烧加热器是超燃冲压发动机研究的主要试验设备.试验气体包括氢气、氧气、空气和氮气等,需要调节控制的参数为试验气体的压力、流量.根据燃烧加热器的控制需求,设计了一套以工业控制计算机为核心的实用并且兼顾可靠性要求的控制系统.采用自适应Fuzzy-PI的控制方法对试验气体压力进行压力控制,在常规PI控制器的基础上,对控制器的比例系数K_p和积分系数K_l进行在线调整,使控制器既满足响应快、超凋小、稳定时间短的要求,又提高稳态控制精度.取得了较好的控制效果.     

3m×2m结冰风洞总压探针和皮托管研制

针对国内首座大型结冰风洞的调试和运行,设计了具有防除冰功能的总压探针和皮托管。采用了新的制造工艺在内腔狭小的管内盘绕布置加热器,并通过合理分配加热器密度,解决了新工艺带来的加热器易受损和局部过热问题;使用电源可调压技术,在不同试验状态下调节加热功率,避免整体过热或防除冰能力不足。静态测试、校准和风洞试验数据表明,研制的总压探针和皮托管可有效用于结冰风洞特殊环境。     

气动加热模拟试验加热系统控制研究

本文通过理论分析和试验测试研究了可控硅功率调节装置和石英灯加热器的动特性，提出了通过系统识别的方法研究石英灯加热器的静特性；在研究被控对象特性基础上找到了对任意一个石英灯加热器组成的被控对象进行非线性PID控制器的设计方法。这些方法提高了控制的质量，缩短了试验准备的周期，并进行准自适应控制，从而改善了气动加热模拟试验加热系统的控制效果。     

基于混合传热模态的瞬态热流测试方法研究

瞬态热流是电弧加热器试验高温流场需要校测的重要参数。针对高热流、强冲刷试验测试环境,根据能量守恒原则,给出了一种基于热容吸热和一维半无限体传热的混合传热模态的瞬态热流测试方法,分析了有效测试时间范围。在此基础上,设计了一种新型结构的瞬态热流传感器。结合标定试验,对研制的瞬态热流传感器进行动态响应特性检测和准度校准,并应用于电弧加热器试验环境中。结果表明:该瞬态热流传感器具有良好的动态响应性能和抗冲刷能力,可以满足电弧加热器试验环境高热流测试需求。     

矩形截面高超声速进气道气动设计及实验验证

首先对矩形截面高超声速进气道设计方法进行了研究,给出了设计流程,并据此设计了矩形截面高超声速进气道.接着对其进行了三维数值仿真研究,给出了进气道性能参数随来流马赫数、飞行迎角及飞行高度的变化规律.最后设计了实验模型,并进行了高焓风洞实验验证.数值模拟及高焓风洞实验验证均表明:本文采用的设计方法可达到预期的设计效果,设计的进气道达到了相应的设计要求,本文采用的数值仿真方法可以较为准确地模拟高超声速进气道内的流动,数值模拟结果可信.     

小型活塞式无人机发动机测试系统

活塞发动机是无人机的动力装置,发动机性能参数的地面测试对无人机设计有着重要意义.本文基于活塞发动机的工作原理、电测量原理和单片机原理,采用模块化设计思想,利用传感器和单片机等设备,成功设计开发了小型活塞式无人机发动机的参数测量系统.该系统可以实现小型活塞发动机的转速、推力和扭矩三个参数的测试.实践证明,系统性能稳定可靠,操作简便,可扩展性强,很好地满足了小型活塞式无人机发动机驱动系统性能测试要求.     

应用于高气压运行的片式电弧加热器初步研究

片式电弧加热器模拟焓值范围宽,是开展热防护试验的理想设备。为拓宽其压力模拟范围,开展了片式电弧加热器内流分析方法研究,并与片式电弧加热器高气压试验进行了对比,结果吻合较好。为解决高气压运行试验出现的问题,研制了耐压、耐高热流压缩片,增强了压缩片的冷却效果,短化了片式电弧加热器电极,采取内壁防护措施使表面高温氧化产物减少和热量损失降低。探索高气压片式电弧加热器运行模式,解决了高气压运行串弧问题。试验的运行压力超过10 MPa,单电极运行电弧电流超过5000 A,提高了片式电弧加热器的试验能力。