一种高速风洞粒子喷管的制作方法
本技术涉及一种高速风洞粒子喷管，属于风洞试验。
背景技术：
1、随着高速飞行器的不断发展以及研制需求，高速空气动力学相关问题受到极大关注。流场显示技术在研究高速空气动力学相关问题中发挥着重要作用。通过流场显示技术能够清晰观测流场，直观反映流场结构，对于解释流动现象和理解流动机理十分重要。
2、粒子图像测速技术(piv)是一种流场显示技术，通过在流场中混合示踪粒子，使用片光照射流场，拍摄示踪粒子随流场在短时间内位置变化，经过图像处理，计算得到流场速度，根据速度场显示激波结构，同时可以观察复杂流动现象。粒子图像测速技术在高速风洞中应用还不是特别普遍，主要是考虑粒子跟随性和散射性问题。随着激光器和照相机性能的提升，粒子图像测速技术在高速流场测量中会得到普遍应用。
技术实现思路
1、本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高速风洞粒子喷管，气流沿轴向通过喷管各部件，在喷管出口产生均匀混合着示踪粒子且粒子跟随性良好的，具有确定马赫数的高速流场。
2、本实用新型的技术解决方案是：一种高速风洞粒子喷管，包括：连接段、掺混段、多孔板、整流网、喉道段、扩张段和粒子播撒管；
3、所述粒子播撒管安装在连接段，沿周向呈十字分布；所述风洞粒子喷管沿流动方向，连接段连接掺混段，掺混段内安装多孔板和整流网，掺混段后接喉道段，喉道段包含喷管收缩型线以及水冷装置，喉道段连接扩张段。
4、进一步的，所述粒子播撒管沿连接段径向垂直插入连接段的后半段，粒子播撒管有4个，相邻粒子播撒管之间夹角为90°，粒子播撒管用于播撒粒子的管道出口和流场流动方向一致，管道出口压力大于掺混段气体压力，每根粒子播撒管上沿径向设置一排孔作为粒子出口。
5、进一步的，所述多孔板位于整流网上游，多孔板为不少于两层的开孔板叠放，相邻两层开孔板间间隔距离等于开孔直径，相邻两开孔板之间的所有开孔的中心错开。
6、进一步的，所述喉道段的喷管收缩型线的轮廓线采用直线段加圆弧段，两段间光滑连接，曲率连续。
7、进一步的，所述喉道段外壁设置冷却装置；冷却装置为壳体，包裹喉道段内管，中间留有空腔，冷却水从冷却装置下面入口管道流进，经过空隙处，从上面出口管道流出。
8、进一步的，采用sivells法确定轴对称的扩张段的内壁曲线。
9、进一步的，所述连接段、掺混段、喉道段和扩张段进行分段加工，各段间采用止口定位，螺栓连接，内型面光滑连续，不允许有逆气流台阶。
10、本实用新型与现有技术相比的优点在于：
11、(1)本实用新型通过粒子播撒管道，实现粒子混入风洞来流中；
12、(2)本实用新型通过多孔板和整流网将粒子与气流混合均匀，实现喷管出口流场中粒子均匀分布；
13、(3)本实用新型通过直线加圆弧段设计收缩型线，实现气流收缩加速同时保证粒子跟随气流加速，通过sivells法设计扩张段保证出口流场均匀；
14、(4)本实用新型通过冷却装置，实现喷管喉道冷却。
技术特征：
1.一种高速风洞粒子喷管，其特征在于，包括：连接段(1)、掺混段(2)、多孔板(3)、整流网(4)、喉道段(5)、扩张段(6)和粒子播撒管(7)；
2.根据权利要求1所述的一种高速风洞粒子喷管，其特征在于：所述粒子播撒管(7)沿连接段(1)径向垂直插入连接段(1)的后半段，粒子播撒管(7)有4个，相邻粒子播撒管(7)之间夹角为90°，粒子播撒管(7)用于播撒粒子的管道出口和流场流动方向一致，管道出口压力大于掺混段气体压力，每根粒子播撒管(7)上沿径向设置一排孔作为粒子出口。
3.根据权利要求1所述的一种高速风洞粒子喷管，其特征在于：所述多孔板(3)位于整流网(4)上游，多孔板(3)为不少于两层的开孔板叠放，相邻两层开孔板间间隔距离等于开孔直径，相邻两开孔板之间的所有开孔的中心错开。
4.根据权利要求1所述的一种高速风洞粒子喷管，其特征在于：所述喉道段(5)的喷管收缩型线的轮廓线采用直线段加圆弧段，两段间光滑连接，曲率连续。
5.根据权利要求1所述的一种高速风洞粒子喷管，其特征在于：所述喉道段(5)外壁设置冷却装置；冷却装置为壳体，包裹喉道段(5)内管，中间留有空腔，冷却水从冷却装置下面入口管道流进，经过空隙处，从上面出口管道流出。
6.根据权利要求1所述的一种高速风洞粒子喷管，其特征在于：采用sivells法确定轴对称的扩张段(6)的内壁曲线。
7.根据权利要求1所述的一种高速风洞粒子喷管，其特征在于：所述连接段(1)、掺混段(2)、喉道段(5)和扩张段(6)进行分段加工，各段间采用止口定位，螺栓连接，内型面光滑连续，不允许有逆气流台阶。
技术总结
本技术提供一种高速风洞粒子喷管，粒子喷管从上游到下游依次包含：连接段、粒子播撒装置、掺混段、多孔板、整流网、喉道段以及扩张段。所述粒子播撒管安装在连接段，沿周向呈十字分布；所述风洞粒子喷管沿流动方向，连接段连接掺混段，掺混段内安装多孔板和整流网，掺混段后接喉道段，喉道段包含喷管收缩型线以及水冷装置，喉道段连接扩张段。气流沿轴向通过喷管各部件，在喷管出口产生均匀混合着示踪粒子且粒子跟随性良好的，具有确定马赫数的高速流场。
技术研发人员：肖翔,屈振乐,王晶,靳晓伟,王宏伟
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：20231228
技术公布日：2024/9/23