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中科院力学所LHD实验室建立了国内第一台自由射流式的高超声速推进实验设备,用以进行超燃冲压发动机模型的实验研究。该设备是通过烧氢补氧加热器产生高焓气流,再通过一个二维喷管将高焓气流加速到马赫数约5.8,以模拟飞行器在25km的高空以马赫数7飞行时发动机入口的条件。在风洞实验中,为了保证实验结果的可靠性,首先需要了解流场的品质。本文自行设计研制了一套用于高超声速推进风洞流场测量的总温、总压测量系统。其中主要包括一个的带有水冷装置的钝头总压耙,和一个总温耙。
总压耙有16个测点,安装在一套自行设计的位移机构上。对于出口截面为300mm×187mm的风洞喷管,通过计算机程序控制,可在3s时间内实现全截面间歇式或连续式扫描,总压耙的最大移动速度可达250mm/s,而且定位准确。总压探头在设计上运用pitot管原理。总温耙含有10个测点,总温探头采用镍铬-镍硅作为热电偶材料。
利用这套测量系统对高超声速流场进行了多次测量实验,大量结果表明:流场核心区域的压力和温度均匀性良好,稳定性和实验的重复性也较好。另外,本文还设计了两种尖头的总压探头,以对比高超声速流场中尖头和钝头形状的探头对总压测量结果的影响。