风洞试验是为飞行器设计提供重要气动特性数据应用最广泛的实验方法,风洞流场品质直接影响试验数据的真实性,是风洞能否开展气动力试验的基本要求。在暂冲式风洞运行过程中,随着气源压力的改变,风洞流场品质变差,试验数据准确性降低,影响了风洞试验正常开展。在暂冲式风洞运行过程中,调压阀可以对风洞运行压力和气流马赫数实现快速调节和精确控制,使风洞流场稳定,维持风洞正常运行,有效避免了气源损失或来流不稳定等对试验的干扰。调压阀的压力调节特性和稳定性,直接决定试验流场品质的好坏,是风洞能否展现高水平试验能力的关键。所以,调压阀的研制对于整个风洞系统的建设和运行非常重要。本文以风洞调压阀为研究对象,针对其特殊的压力调节特性,结合风洞性能指标,开展调压阀设计与研制。本文从气动方案设计、理论分析与计算、结构设计、流场仿真与分析、结构分析与优化、调压阀结构实现与性能试验等方面对风洞调压阀进行了详细研究,研制出一台能够使风洞流场达到国军标先进指标要求的调压阀。本文研究的主要工作如下:(1)介绍调压阀工作原理,开展气动设计与理论计算。根据风洞实现的性能指标,选择环状缝隙式调压阀的气动方案,详细介绍了调压阀气动设计方法,确定阀门重要特征参数,计算得到调压型面坐标和调压特性理论曲线,为结构设计提供依据。(2)开展调压阀结构设计。依据调压阀气动设计和性能指标要求,开展调压阀结构设计,完成了阀体、阀芯、驱动机构、导向装置、密封装置等重要部件的设计和选型,同时开展调压阀运动学仿真和载荷分析,对阀芯结构和导向装置进行了对比优化,确定了合理的功能实现方式和可靠的结构方案。(3)开展调压阀流场数值分析。采用CFD软件建立调压阀流场分析模型,对不同工况下阀内流场进行仿真模拟计算,得到阀内气流的压力、速度的分布情况,掌握了调压阀内部介质流动特性,同时得到阀内重要零部件的气动载荷,为调压阀结构优化和开展性能试验提供了参考。(4)开展调压阀结构静力学分析和模态分析,完成结构减振优化。采用Abaqus软件建立有限元模型,对调压阀整体结构进行静力学计算和模态分析,得到典型运行工况下结构应力分布和整体变形,掌握了运动阀芯等重要部件的动态特性,结合实际运行条件对阀门结构进行振动分析,并对各结构进行仿真对比,提出有效优化方案。(5)调压阀结构实现,开展阀门性能试验。根据仿真分析结果,确定调压阀最终结构方案并完成加工制造,将阀门接入风洞系统,开展振动响应试验和动态调压特性试验,得到调压阀真实结构的动态特性,阀门实测调压特性与理论计算吻合良好,同时检验阀门结构安全、可靠性。通过上述研究工作,完成了风洞调压阀的设计与实现,并成功投入使用。从理论设计和试验验证可知,研制的风洞调压阀方案可行、结构可靠,能够实现风洞压力的精确调控,其优异的调压特性实现风洞流场品质达到国军标先进水平,对风洞试验能力提升奠定了基础。调压阀的成功研制,提升了风洞设备设计的技术水平,为今后相关阀门设计提供了借鉴和参考。