<i>Φ</i>1.2 m高超声速风洞引射系统设计与性能试验

马利川; 王铁进; 崔春; 黄景博; 孙勇堂; 黄炳修; 石运军

doi:10.11729/syltlx20210139

Φ1.2 m高超声速风洞引射系统设计与性能试验

doi: 10.11729/syltlx20210139

中国航天空气动力技术研究院，北京　100074

详细信息

作者简介:
马利川：（1987—），男，河南安阳人，高级工程师。研究方向：风洞总体气动设计、风洞试验技术。通信地址：北京市丰台区云岗西路17号7201信箱57分箱（100074）。E-mail：machuan627@126.com

通讯作者:
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中图分类号: V211.74
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出版历程
- 收稿日期: 2021-11-16
- 修回日期: 2022-03-23
- 录用日期: 2022-05-10
- 刊出日期: 2022-10-01

Ejector system design and performance test of Φ1.2 m hypersonic wind tunnel

China Academy of Aerospace Aerodynamics, Beijing　100074, China

摘要

摘要: 针对大型高超声速风洞总增压比高、抽吸范围宽、多级参数匹配等要求，开展了Φ1.2 m高超声速风洞多级引射器系统设计计算与抽吸试验研究。通过对无风洞主气流时第一、二、三级引射器的单级性能调试和多级组合性能调试，获得了三级多喷管中心引射器不同工作参数组合的抽吸性能，试验段静压最低达660 Pa。据此，总结得到了多级引射器高效运行的参数匹配原则。有风洞主气流时的引射系数试验结果与理论计算结果吻合较好，验证了多级多喷管引射器气动设计方法的可行性。设计结果可靠，可为高超声速风洞或其他地面气动试验设备的多级引射器系统设计与运行提供技术参考。
- 高超声速风洞 /
- 多级引射器 /
- 多喷管 /
- 性能试验
Abstract: Aiming at the problems such as high pressurization ratio, wide suction range and multi-stage parameter matching in large hypersonic wind tunnel, this paper carried out the design calculation and suction test of the multi-stage ejector system in Φ1.2 m hypersonic wind tunnel. Through single stage performance debugging and multistage combination performance debugging of the first, second and third stage ejector without wind tunnel main flow, the suction performance of three stage multi nozzle central ejector with different working parameters is obtained. The minimum static pressure in the test section is 660 Pa without the main flow. And the parameter matching principle of efficient operation of the multi-stage ejector is analyzed and summarized. The test results of the ejector coefficient with the main airflow in the wind tunnel are in good agreement with the theoretical calculation values, which verifies the feasibility of the aerodynamic design method for the multistage multi-nozzle ejector. The design results are reliable, which can provide technical reference for the design of the multistage ejector system in the hypersonic wind tunnel or other ground aerodynamic test equipment.
- hypersonic wind tunnel /
- multi-stage ejector /
- multi-nozzles /
- performance test

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图 1 多级引射器工作原理示意

Figure 1. Schematic of multi-stage ejector working principle

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图 2 引射器计算模型

Figure 2. Calculation model of ejector

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图 3 引射器气动轮廓

Figure 3. Aerodynamics scheme of the ejector

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图 4 引射器试验压力测点布置

Figure 4. Arrangement of pressure measuring points for ejector test

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图 5 单级引射器抽吸压力随引射总压变化曲线

Figure 5. Variation curve of suction pressure with ejection total pressure of single-stage ejector

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图 6 单级引射器增压比随引射流量变化曲线

Figure 6. Variation curve of pressure radio with ejection flow of single-stage ejector

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图 7 单级引射器增压比与膨胀比的关系

Figure 7. Relationship between pressure ratio and expansion ratio of single-stage ejector

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图 8 两级组合工作引射器抽吸性能

Figure 8. Combined working suction performance of two-stage ejectors

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图 9 引射器带主气流时实际引射性能与理论计算结果对比

Figure 9. Comparison between actual ejector performance and theoretical calculation results with main air flow

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表 1 风洞典型运行工况

Table 1. Typical operating conditions of wind tunnel

马赫数Ma	前室总压p₀/MPa	前室总温T₀/K	主气流质量流量 m/（kg·s^–1）	抽吸背压p_b/kPa	风洞运行压比	排气总增压比
5.0	0.10	300	10.5	2.5	40	42.0
5.0	1.00	350	97.8	24.7	40	4.3
6.0	0.15	395	6.5	1.8	83	58.3
6.0	2.00	465	79.7	23.7	84	4.4
7.0	0.20	502	3.9	1.2	167	87.5
7.0	4.00	601	71.6	24.6	163	4.3
8.0	0.30	636	3.8	1.3	231	80.8
8.0	8.00	760	69.8	34.0	235	3.1

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表 2 引射器设计参数选取

Table 2. Design parameters of the ejector

马赫数Ma	5.0	6.0	7.0	8.0
前室总压p₀/MPa	0.1	0.15	0.2	0.3
前室总温T₀/K	300	395	502	636
引射气流总温$T'_0 $/K	288	288	288	288
抽吸背压p_b/KPa	2.5	1.8	1.2	1.3
总增压比$ \varepsilon _{总} $	42	58.3	87.5	80.8
引射级数n	3	3	3	3
平均单级增压比$\varepsilon ' $	3.48	3.88	4.44	4.32
被引射主气流速度系数λ₁	0.58	0.56	0.55	0.54
被引射主气流马赫数Ma₁	0.54	0.52	0.51	0.50

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表 3 三级引射器同时串联工作的抽吸试验结果

Table 3. Suction test results of three-stage ejectors working together

引射参数	工况 1	工况 2	工况 3	工况 4	工况 5	工况 6
${p'_{01} }$/MPa	1.0	0.8	0.75	0.6	0.6	0.4
${p'_{02} }$/MPa	1.0	1.0	0.6	0.6	0.8	0.6
${p'_{03} }$/MPa	1.2	1.2	1.2	1.2	1.0	1.0
p_c/kPa	1.5	1.2	1.24	0.92	0.92	0.66
p_t00/kPa	8.8	14.5	3.3	2.69	10.5	14.2
p_t01/kPa	77.0	33.5	12.2	10.4	9.3	18.6
p_t02/kPa	55.0	53.0	54.9	53.9	49.6	32.0
p_t03/kPa	122.0	113.0	100.0	99.0	143.0	101.0
总引射流量/（kg·s⁻¹）	1102.0	1068.0	923.0	896.0	868.0	765.0
第一级增压比	8.8	2.3	3.7	3.9	0.9	1.3
第二级增压比	0.7	1.6	4.5	5.2	5.3	1.7
第三级增压比	2.2	2.1	1.8	1.8	2.9	3.2

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