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超高速实验设备（1）

超高速实验设备（1）

　　模拟高超音速飞行环境的地面实验设备。20世纪50年代初，随着再入飞行器的发展，急需能复现和模拟高超音速飞行环境的空气动力学实验设备。但是，在高超音速飞行中，除了与低速飞行中类似的流动现象外，还将出现由高温引起的真实气体效应(见气动热力学)。为了同时完全模拟这些现象，在设备中需要有温度达上万度和压力为数千兆帕(数万大气压)的气源，设备尺寸还要大得足以放下与实际飞行器一样大的模型。实际上这是难以同时实现的。但在许多有实际意义的情况下，高超音速飞行器附近的流动可以自然地分成以流体动力学现象或以高温物理化学现象为主的区域，从而使高超音速飞行的地面模拟问题大大简化，即在地面实验中难以达到的所有参数（如马赫数、雷诺数、飞行速度、环境密度及温度、气体成分和飞行器尺寸等）的完全模拟分别用部分模拟来代替（见实验空气动力学）。超高速实验设备种类繁多，用途各异,除各类高超音速风洞外,还有电弧加热器、激波管、弹道靶等。高超音速风洞有暂冲型的常规高超音速风洞、低密度高超音速风洞、电弧风洞、脉冲型的激波风洞、炮风洞、热冲风洞和长冲风洞，还有介于两类之间的气体活塞式风洞。各类高超音速风洞主要用于马赫数和雷诺数的模拟，借以研究和实验有关流体动力学现象。
　　激波风洞　先利用激波压缩实验气体，再利用定常膨胀方法产生高超音速实验气流的风洞。它由一个激波管以及连于其后的喷管、实验段等风洞主要部件组成。激波管与喷管由膜片（通常称**膜片）隔开。激波管通常是由膜片(**膜片)隔成两段(驱动段和从动段)的一根柱形管子，分别充以满足实验要求的高压驱动气体和被驱动的低压实验气体。喷管以后均被抽成真空(图1激波风洞)。它的工作过程是:风洞起动时激波管中的膜片先破开，引起驱动气体的膨胀，产生向上游传播的膨胀波并在实验气体中产生激波。当激波向下游运动达到喷管入口处时，**膜片被冲开，经过激波压缩达到高温高压的实验气体进入喷管，膨胀加速后流入实验段，供模型实验使用。当实验条件因波系反射或实验气体流完而消失时，风洞运行的有效时间也就终止。激波风洞的实验时间极短，通常以毫秒计。50年代初至60年代中期，激波风洞主要用于模拟高温。60年代中期以后，多用来模拟高雷诺数。早期的激波风洞只采用直通型（指入射激波在喷管入口处不反射而直接通过喷管）运行技术，由于激波的运动速度很高,实验时间又非常短暂,甚至小于1毫秒,应用受到限制。后来出现了反射型激波风洞,通常可得到5～25毫秒的实验时间。激波风洞的实验项目通常是传热、压力、气动力和电子密度测量及流动显示等。激波风洞运行的*高参数是:驱动压力约340兆帕（约3400大气压）；可模拟6700米/秒的飞行速度;气流马赫数达24；雷诺数达10□的量级（当马赫数为8时）。美国的2.4米高超音速激波风洞和阿诺德工程发展中心(AEDC)的“J”风洞是典型的激波风洞。中国气动力研究和发展中心有2米直径的激波风洞。

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