一种风洞流场噪声评估的实验装置论文和设计

全文摘要

本申请提供了一种风洞流场噪声评估的实验装置，属于实验空气动力学领域。风洞流场噪声评估的实验装置包括依次连通的入口阀门、稳定段、喷管段、实验段以及扩压段。入口阀门与稳定段可拆卸连接，稳定段与喷管段可拆卸连接，喷管段的一端伸入到实验段内部且与实验段可拆卸连接，实验段与扩压段的一端连接，扩压段的另一端用于连接真空罐。稳定段内可拆卸地安装有控制组件，控制组件包括用于降低流场噪声的第一控制件或用于增加流场噪声的第二控制件。实验装置还包括第一测量探针和第二测量探针，第一测量探针安装于稳定段内并用于测量稳定段的出口处的噪声；第二测量探针安装于实验段内部并用于测量喷管段的出口处的噪声。

主设计要求

1.一种风洞流场噪声评估的实验装置，其特征在于，其包括依次连通的入口阀门、稳定段、喷管段、实验段以及扩压段；所述入口阀门与所述稳定段可拆卸连接，所述稳定段与所述喷管段可拆卸连接，所述喷管段的一端伸入到所述实验段内部且与所述实验段可拆卸连接，所述实验段与所述扩压段的一端连接，所述扩压段的另一端用于连接真空罐；所述稳定段内可拆卸地安装有控制组件，所述控制组件包括用于降低流场噪声的第一控制件或用于增加流场噪声的第二控制件；所述实验装置还包括第一测量探针和第二测量探针，所述第一测量探针安装于所述稳定段内且靠近所述稳定段的出口的位置，所述第一测量探针用于测量所述稳定段的出口处的噪声；所述第二测量探针安装于所述实验段内部且靠近所述喷管段的出口的位置，所述第二测量探针用于测量所述喷管段的出口处的噪声。

设计方案

所述稳定段内可拆卸地安装有控制组件，所述控制组件包括用于降低流场噪声的第一控制件或用于增加流场噪声的第二控制件；

所述实验装置还包括第一测量探针和第二测量探针，所述第一测量探针安装于所述稳定段内且靠近所述稳定段的出口的位置，所述第一测量探针用于测量所述稳定段的出口处的噪声；所述第二测量探针安装于所述实验段内部且靠近所述喷管段的出口的位置，所述第二测量探针用于测量所述喷管段的出口处的噪声。

2.根据权利要求1所述的风洞流场噪声评估的实验装置，其特征在于，所述第一控制件的周缘能够相对所述稳定段内部滑动并抵持于所述稳定段的内壁，所述第二控制件的周缘能够相对所述稳定段内部滑动并抵持于所述稳定段的内壁，所述第一控制件和所述第二控制件均被配置成能够通过从所述入口阀门进入到所述稳定段内的气流。

3.根据权利要求2所述的风洞流场噪声评估的实验装置，其特征在于，所述第一控制件具有阵列设置的第一通孔，所述第一通孔的孔径为1μm～2mm。

4.根据权利要求2所述的风洞流场噪声评估的实验装置，其特征在于，所述第二控制件具有阵列设置的第二通孔，所述第二通孔的孔径大于10mm，相邻的两个所述第二通孔之间的连接部的尺寸大于5mm。

5.根据权利要求1所述的风洞流场噪声评估的实验装置，其特征在于，所述喷管段的内表面为光滑表面，其粗糙度Ra≤0.01。

6.根据权利要求1所述的风洞流场噪声评估的实验装置，其特征在于，所述喷管段的内表面为粗糙表面，其粗糙度Ra>0.1。

7.根据权利要求1所述的风洞流场噪声评估的实验装置，其特征在于，所述喷管段的收缩比为5～20。

8.根据权利要求1所述的风洞流场噪声评估的实验装置，其特征在于，所述喷管段的长度为300～500mm。

9.根据权利要求1-8任一项所述的风洞流场噪声评估的实验装置，其特征在于，所述入口阀门的端部连接有法兰盘，所述稳定段的相对两端部均连接有法兰盘，所述喷管段的一端连接有法兰盘；所述入口阀门的法兰盘与所述稳定段的其中一端的法兰盘通过夹具夹持以使得所述入口阀门与所述稳定段可拆卸连接；所述喷管段的法兰盘与所述稳定段的另一端的法兰盘通过夹具夹持以使得所述喷管段与所述稳定段可拆卸连接。

10.根据权利要求1-8任一项所述的风洞流场噪声评估的实验装置，其特征在于，所述实验段的侧壁开设有安装孔，所述喷管段的一端从所述安装孔伸入到所述实验段内部，所述喷管段的外壁与所述安装孔的孔壁之间设置有密封圈。

设计说明书

技术领域

本申请涉及实验空气动力学领域，具体而言，涉及一种风洞流场噪声评估的实验装置。

背景技术

风洞是飞行器等开展地面模拟实验的主要设备，风洞中获得的飞行器模型气动数据，是下一步开展真实飞行器飞行试验的依据和基础。因此，风洞流场品质越优良，其获得的实验结果与真实飞行试验越接近，能够更加准确发现并解决飞行器设计中存在的问题，极大提高飞行器设计的效率和飞行试验的成功率。

近年来，在研制发展迅速的高超声速飞行器中发现，地面风洞实验与真实飞行试验存在较大差别，依据地面风洞实验结果开展飞行试验，导致许多飞行试验失败。究其原因主要是超声速\/高超声速风洞流场噪声对实验结果产生的影响。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种风洞流场噪声评估的实验装置，旨在分析风洞流场噪声的来源及贡献，减少噪声对风洞实验结果的影响。

第一方面，本申请的实施例提供一种风洞流场噪声评估的实验装置，其包括依次连通的入口阀门、稳定段、喷管段、实验段以及扩压段。入口阀门与稳定段可拆卸连接，稳定段与喷管段可拆卸连接，喷管段的一端伸入到实验段内部且与实验段可拆卸连接，实验段与扩压段的一端连接，扩压段的另一端用于连接真空罐。稳定段内可拆卸地安装有控制组件，控制组件包括用于降低流场噪声的第一控制件或用于增加流场噪声的第二控制件。实验装置还包括第一测量探针和第二测量探针，第一测量探针安装于稳定段内且靠近稳定段的出口的位置，第一测量探针用于测量稳定段的出口处的噪声；第二测量探针安装于实验段内部且靠近喷管段的出口的位置，第二测量探针用于测量喷管段的出口处的噪声。

在本申请的风洞流场噪声评估的实验装置，入口阀门与稳定段可拆卸连接，稳定段与喷管段可拆卸连接，喷管段的一端伸入到实验段内部且与实验段可拆卸连接，则可方便替换喷管段和安装控制组件，将第一控制件或第二控制件安装在稳定段内，通过第一测量探针测量稳定段出口处的噪声，通过第二测量探针测量喷管段出口处的噪声，从而评估稳定段对噪声的贡献。通过替换不同的喷管段，通过第二测量探针测量喷管段出口处的噪声，结合第一测量探针测量到的稳定段的噪声情况，可以评估喷管段对噪声的贡献。通过评估风洞的稳定段及喷管段各自对总噪声的贡献，分析风洞流场噪声的来源及贡献，从而减少流场噪声对实验结果的影响。

在一种可能的实施方案中，第一控制件的周缘能够相对稳定段内部滑动并抵持于稳定段的内壁，第二控制件的周缘能够相对稳定段内部滑动并抵持于稳定段的内壁，第一控制件和第二控制件均被配置成能够通过从入口阀门进入到稳定段内的气流。由于第一控制件和第二控制件均能够相对稳定段内部滑动，则第一控制件和第二控制件通过滑动的方式即可安装进稳定段内并固定起来，方便操作。

在一种可能的实施方案中，第一控制件具有阵列设置的第一通孔，第一通孔的孔径为1μm～2mm。第一通孔的孔径较小，气流在稳定段内经过第一控制件时，相较于稳定段内不安装第一控制件的情况，第一控制件使得流体流速减慢，使流动更平稳，从而起到降噪的作用。

在一种可能的实施方案中，第二控制件具有阵列设置的第二通孔，第二通孔的孔径大于10mm，相邻的两个第二通孔之间的连接部的尺寸大于5mm。第二控制件的孔径较大，气流通过第二控制件的流量不受影响，且两个相邻的第二通孔之间的连接部的尺寸大于5mm，第二控制件后会扰乱气流流动，从而达到增加噪声的作用。

在一种可能的实施方案中，喷管段的内表面为光滑表面，其粗糙度Ra≤0.01。喷管段的内表面的粗糙程度对喷管段的噪声有影响，通过替换不同内表面的喷管段能够评估其粗糙度对总噪声的影响，在合适的喷管段长度下，喷管段内表面如果为光滑表面，喷管段壁面边界层可以维持在层流，边界层流场不会产生湍流噪声。

在一种可能的实施方案中，喷管段的内表面为粗糙表面，其粗糙度Ra>0.1。如果喷管段的内表面为粗糙表面，喷管段的边界层则为湍流，喷管段壁面湍流边界层中的湍流脉动是风洞流场噪声的主要来源之一。

在一种可能的实施方案中，喷管段的收缩比为5～20。喷管段的收缩比对喷管段的噪声有影响，通过替换不同收缩比的喷管段可以评估收缩比对噪声的影响。另外，喷管段的收缩比过小会影响流场品质，收缩比过大会相应增加风洞的整体尺寸，不方便替换喷管段，因而本申请选择喷管段的收缩比为5～20，在不影响流场品质的情况下方便更换喷管段。

在一种可能的实施方案中，喷管段的长度为300～500mm。喷管段的长度对喷管段的噪声有影响，通过替换不同长度的喷管段可以评估喷管段的长度对噪声的影响。

在一种可能的实施方案中，入口阀门的端部连接有法兰盘，稳定段的相对两端部均连接有法兰盘，喷管段的一端连接有法兰盘；入口阀门的法兰盘与稳定段的其中一端的法兰盘通过夹具夹持以使得入口阀门与稳定段可拆卸连接；喷管段的法兰盘与稳定段的另一端的法兰盘通过夹具夹持以使得喷管段与稳定段可拆卸连接。通过夹具夹持法兰盘的方式，能够实现快速连接、拆卸喷管段和稳定段。

在一种可能的实施方案中，实验段的侧壁开设有安装孔，喷管段的一端从安装孔伸入到实验段内部，喷管段的外壁与安装孔的孔壁之间设置有密封圈。通过喷管段与安装孔的配合，能够实现喷管段与实验段的可拆卸连接，其中，密封圈起到密封实验段的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单的介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本申请实施例提供的风洞流场噪声评估的实验装置的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的支撑件的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的第一控制件的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的第二控制件的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的喷管段的剖视图。

图标：100-实验装置；110-入口阀门；111-过渡段；120-稳定段； 130-喷管段；131-喷管段入口；132-喷管段出口；133-喷管段喉部；134-喷管收缩段；135-喷管扩张段；140-实验段；150-控制组件；151- 第一控制件；151a-第一通孔；152-第二控制件；152a-第二通孔；161- 第一测量探针；162-第二测量探针；163-法兰盘；164-第一固定件； 165-第二固定件；166-支撑件；170-扩压段。

具体实施方式

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分的实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“厚度”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为了方便理解本申请实施例的风洞流场噪声评估的实验装置 100，下面先对风洞的相关内容进行介绍。

风洞(wind tunnel)即风洞实验室，其产生并且控制气流，用来模拟飞行器或实体周围气体的流动情况，并可量度气流对实体的作用效果以及观察物理现象的一种管道状实验设备，它是进行空气动力实验最常用、最有效的工具之一。风洞实验是飞行器研制工作中的一个不可缺少的组成部分。

近年来研究发现，依据地面风洞实验结果开展飞行实验，导致了许多飞行实验失败。究其原因是超声速\/高超声速风洞流场噪声对实验结果产生的影响。

要深入研究超声速\/高超声速风洞流场噪声对实验测量结果的影响，首先需要对风洞流场噪声的来源、分布及频谱特性等进行评估。超声速\/高超声速风洞试验段测量到的噪声由稳定段120传来的扰动、喷管段130壁面诱导的沿特征线方向传播的马赫波振荡以及喷管段 130壁面边界层中的湍流脉动组成，其中，稳定段120传来的扰动包括压力振荡(声波)、速度脉动(涡波)、温度不均匀(熵波)。风洞流场噪声的频率范围很宽，约为0～1000kHz，甚至更高。从风洞结构上而言，风洞包括依次连通的入口阀门110、稳定段120、喷管段 130、实验段140以及扩压段170，气流能够通过入口阀门110进入到风洞内部。风洞的入口阀门110、稳定段120结构，喷管段130的收缩比、喷管段130的长度、喷管段130的内表面粗糙度等都是影响风洞流场噪声的因素，而不同的风洞组件(如稳定段120、喷管段130 等)产生的噪声的频率、功率谱等也不相同，对实验测量的影响也不尽相同。风洞的稳定段120的扰动主要以中低频为主，而风洞的喷管段130的扰动主要集中在高频部分。不同的频率对实验段140的飞行器流场产生的影响(如模型表面边界层转捩位置)也不同。常规评估风洞流场噪声的方法，主要是测量实验段140内风洞流场参数的脉动情况，其得到是风洞各组件产生的合噪声，不同频率的风洞噪声的组合可以得到相同的合噪声，但是其对实验测量结的影响不同，因此，评估风洞噪声，不能仅仅测量风洞的实验段140的合噪声，还需要对噪声的组成进行分解测量。

基于此，本申请实施例提供了一种风洞流场噪声评估的实验装置 100，旨在分析风洞流场噪声的来源及贡献，减少流场噪声对实验结果的影响。

下面将结合本申请实施例中的附图，本申请实施例中的技术方案进行描述。

请参照图1，图1示出了本实施例的风洞流场噪声评估的实验装置100的结构示意图，该实验装置100通过支撑机构固定在实验平台之上。实验装置100包括依次连通的入口阀门110、过渡段111、稳定段120、喷管段130、实验段140以及扩压段170。

其中，入口阀门110作为风洞的入口，气流可从入口阀门110进入到风洞内部。当气流进入风洞内部时，风洞运行工作；入口阀门 110关闭时，风洞运行停止。示例性地，入口阀门110可选择蝶阀或者快速启闭阀。入口阀门110的进口端可以设置连接接口，该连接接口可以与高压气体管道连接，通过高压气体管道向入口阀门110供入高压气体，以保持风洞的运行工作状态。

过渡段111主要起到连接入口阀门110和稳定段120的作用。

稳定段120是风洞流场噪声的主要来源之一，为改变稳定段120 内的气流噪声，本实施例的稳定段120内可拆卸地安装有控制组件 150，控制组件150包括用于降低流场噪声的第一控制件151或用于增加流场噪声的第二控制件152，通过将第一控制件151或者第二控制件152安装在稳定段120内，即可改变稳定段120内的流场噪声。为了测量稳定段120的噪声水平，本实施例在稳定段120内靠近稳定段120出口的位置安装有第一测量探针161，第一测量探针161用于测量稳定段120出口处的噪声水平。

当要增加稳定段120内的流场噪声时，将第二控制件152安装进稳定段120内，当要减小稳定段120内的流场噪声时，将第一控制件 151安装进稳定段120内。为了方便安装，本实施例的入口阀门110 与稳定段120可拆卸连接，稳定段120与喷管段130可拆卸连接。当需要安装第一控制件151或者第二控制件152时，将稳定段120的相对两端分别与入口阀门110和喷管段130拆卸，将第一控制件151和第二控制件152安装进稳定段120内，再将入口阀门110与稳定段 120的一端连接，将稳定段120的另一端与喷管段130连接。

示例性地，入口阀门110的出口端连接有法兰盘163，稳定段120 的相对两端部均连接有法兰盘163，喷管段130的入口端连接有法兰盘163，入口阀门110的出口端的法兰盘163与稳定段120的其中一端的法兰盘163通过夹具(图中未示出)夹持在一起，从而将入口阀门110与稳定段120连接起来。喷管段130的法兰盘163与稳定段 120的另一端的法兰盘163通过夹具夹持以使得喷管段130与稳定段 120连接起来。当需要将稳定段120拆卸下来时，只需将夹具松开，使得入口阀门110的法兰盘163与稳定段120的其中一端的法兰盘 163分离，稳定段120另一端的法兰盘163与喷管段130的法兰盘163 分离即可。

需要说明的是，也可以将入口阀门110的法兰盘163与稳定段 120的其中一端的法兰盘163采用螺栓锁紧的方式，两者的法兰盘163 之间利用密封圈进行密封；将稳定段120的另一端的法兰盘163与喷管段130的法兰盘163也通过螺栓锁紧，两者法兰盘163之间利用密封圈进行密封。

另外，本实施例的稳定段120整体为圆筒状，其内径保持一致。第一控制件151和第二控制件152均呈圆盘状，且均被配置成能够通过从入口阀门110进入到稳定段120内的气流。需要说明的是，当稳定段120的内部为方形时，第一控制件151和第二控制件152则也为方形。只要第一控制件151和第二控制件152的外形能够与稳定段 120的内部匹配即可。其中，第一控制件151和第二控制件152的外径均略小于稳定段120的内径，以使得第一控制件151的周缘能够相对稳定段120内部滑动并抵持于稳定段120的内壁，第二控制件152 的周缘能够相对稳定段120内部滑动并抵持于稳定段120的内壁。且稳定段120的内壁安装有固定挡块(图中未示出)，控制组件150能够抵持在固定挡块，从而固定在稳定段120内。当稳定段120从风洞拆卸下来后，将第一控制件151或者第二控制件152从稳定段120 的端部滑进稳定段120中并固定在稳定段120内。

需要说明的是，通过改变控制组件150的类型、数量及在稳定段 120内的位置，可以离散地改变稳定段120内的噪声水平。改变控制组件150的类型即可通过将第一控制件151或者第二控制件152安装进稳定段120内实现。改变控制组件150的数量即可通过改变第一控制件151的数量或者第二控制件152的数量来实现。当在稳定段120 内安装多个第一控制件151或者多个第二控制件152时，相邻的两个第一控制件151之间可通过壁厚较薄的圆筒状支撑件166(如图2所示)隔开，支撑件166的壁厚可为1～3mm，圆筒状支撑件166能够紧贴稳定段120的内壁。在安装时，第一控制件151和支撑件166 间隔滑进稳定段120内，第一控制件151被固定挡块抵持，相邻的两个第一控制件151被支撑件166抵持，通过改变支撑件166的轴向尺寸即可调节两个第一控制件151的间距。类似地，相邻的两个第二控制件152之间可通过壁厚较薄的圆筒状支撑件166隔开，在此不再进行赘述。

第一控制件151和第二控制件152对噪声具有不同的作用效果，其主要原因是第一控制件151和第二控制件152设置的通孔孔径不同，通孔孔径小的第一控制件151具有降噪作用，通孔孔径大的第二控制件152具有增加噪声的作用。示例性地，请参照图3，第一控制件151具有阵列设置的第一通孔151a，第一通孔151a的孔径为 1μm～2mm，例如，第一控制件151可以采用蜂窝器和\/或阻尼网，也即是说，可以单独采用蜂窝器，或者单独采用阻尼网，或者同时采用蜂窝器和阻尼网。采用阻尼网时，可采用多层结构的阻尼网，每层网的孔径呈逐渐变化的趋势，可以是逐渐减小，也可以是逐渐增大，安装时，将孔径较大的一层靠近入口阀门110安装。第一通孔151a的孔径较小，气流在稳定段120内经过第一控制件151时，相较于稳定段120内不安装第一控制件151的情况，第一控制件151使得流体流速减慢，从而起到降噪的作用。另外，相邻的两个第一通孔151a之间的金属部分的尺寸小于2mm，即使气流形成流动漩涡，在经过第一控制件151后也会被破坏从而达到降噪的作用。

示例性地，请参照图4，第二控制件152具有阵列设置的第二通孔152a，第二通孔152a的孔径大于10mm。相较于第一控制件151 的孔径，第二控制件152的孔径较大，气流通过第二控制件152的流量基本不受影响，且两个相邻的第二通孔152a之间的连接部的尺寸大于5mm，气流通过第二控制件152后会形成流动漩涡从而达到增加噪声的作用。

请参照图5，风洞的喷管段130包括喷管收缩段134和喷管扩张段135。喷管收缩段134指的是喷管段入口131到喷管段喉部133的部分，喷管扩张段135指的是喷管段喉部133到喷管段出口132的部分(如图5所示)。其中，喷管段喉部133是喷管段130中截面积最小的位置，喷管段入口131尺寸与喷管段喉部133尺寸之比即为喷管段130的收缩比。喷管段130的长度、喷管段130内表面的粗糙度以及喷管段130的收缩比均对喷管段130的噪声有影响。因此，本实施例的实验装置100具有多套喷管段130，即具有多个不同长度的喷管段130，具有多个粗糙度不同的内表面的喷管段130，以及具有多个收缩比不同的喷管段130。通过替换不同的喷管段130，来分别改变喷管段130的长度、收缩比以及内表面的粗糙度。其中，喷管段130 的内表面为光滑表面时，其内表面的粗糙度Ra≤0.01。喷管段130的内表面为粗糙表面时，其内表面的粗糙度Ra>0.1。喷管段130的收缩比为5～20。喷管段130的长度为300～500mm。喷管段130的边界层一般为湍流，喷管段130壁面湍流边界层中的湍流脉动是风洞流场噪声的主要来源之一。在合适的喷管段130长度下，喷管段130内表面如果为光滑表面，喷管段130壁面边界层可以维持在层流，边界层流场不会产生湍流噪声。

在实验过程中，由于需要替换不同的喷管段130，为了方便操作，本实施例的喷管段130的一端伸入到实验段140内部且与实验段140 可拆卸连接。示例性地，实验段140的侧壁开设有安装孔，喷管段 130的一端从安装孔伸入到实验段140内部，喷管段130的外壁与安装孔的孔壁之间设置有密封圈(图中未示出)。当需要替换喷管段130 时，将夹持着稳定段120的法兰盘163与喷管段130的法兰盘163 的夹具松开，即可将稳定段120与喷管段130分离，然后取下喷管段 130与安装孔之间的密封圈，将喷管段130的一端从实验段140内取出即可。另外，也可以设置成喷管段130的一端伸入到实验段140 内，喷管段130的外壁设置有凸缘，通过螺栓或者螺钉将喷管段130 的凸缘与实验段140连接。

需要说明的是，为了实现稳定段120和喷管段130的快速更换，本实施例的整个实验装置100采取小型化设计方案。其中，入口阀门 110的长度为150～300mm，入口外径为200～400mm，入口内径为 150～300mm，出口外径为150～300mm，出口内径为100～200mm。稳定段120的长度为800～1500mm，稳定段120的外径为120～220mm，内径为100～200mm。喷管段130的长度为300～500mm，入口外径为 120～220mm，入口内径为100～200mm，出口外径为50～100mm，出口内径为30～120mm。可选地，实验装置100的整体采用不锈钢或者铝合金材质，不锈钢和铝合金质可以避免实验装置100的内表面生锈，避免影响喷管段130的内表面的粗糙度，其中，铝合金较轻，更有利于更换。

实验段140具有密闭的腔室，飞行器实验通常是在实验段140 内进行。示例性地，实验段140整体为长方体，其外部尺寸(长、宽、高)为170～320mm，其内部尺寸(长、宽、高)为150～300mm。实验段140内安装有第二测量探针162，其中，第二测量探针162靠近喷管段130的出口的位置设置。需要说明的是，第二测量探针162 测量的是喷管段130的出口处的噪声，也即是合噪声，结合第一测量探针161测量得到的稳定段120的噪声情况，可以评估喷管段130 的噪声。其中，实验段140设置有实验舱门，以方便第二测量探针 162安装。其中，第一测量探针161和第二测量探针162均可采用脉动压力传感器或者热线风速仪，通过测量压力脉动或者速度脉动来测量噪声。

需要说明的是，第一测量探针161可拆卸地安装于稳定段120 内，第二测量探针162可拆卸地安装在实验段140内。由于稳定段 120在喷管段130上游，稳定段120出口的湍流度会影响喷管段130 出口的湍流度，因而，在第一测量探针161测量稳定段120出口的噪声时，实验段140内的第二测量探针162测试的结果可能不准确，此时可以将第二测量探针162从实验段140内取出。当第二测量探针 162在测试喷管段130的噪声时，可以将第一测量探针161从稳定段 120内取出。具体地，稳定段120内壁设置有第一固定件164，第一测量探针161可插设于第一固定件164。实验段140内设置有第二固定件165，第二测量探针162可插设于第二固定件165。

扩压段170为内截面逐渐变大的管道，其一端与实验段140连接，另一端能够与真空罐连接。扩压段170主要用于将风洞内的气流减速增压，增加风洞的有效运行时间。

由上述的描述可知，风洞流场噪声受控制组件150的种类、数量和分布方式、喷管段130的收缩比、喷管段130长度和喷管段130 的内表面的粗糙度的影响。为了评估各个参量对流场噪声的影响，本申请的实施例中采用控制变量法对噪声进行评估，即每次只改变其中一个参量，其他参量保持不变，通过分析各变化参量对风洞流场噪声的影响规律，来分析风洞流场噪声，从而可以为风洞降噪，分析噪声对实验结果的影响提供依据。需要说明的是，通过测量稳定段120 的出口湍流度即可得到稳定段120出口处的噪声情况，通过测量喷管段130的出口湍流度即可得到风洞流场合噪声，结合稳定段120测量得到的噪声，即可得到喷管段130的噪声情况。

具体评估时，主要有以下几个方面：

(1)在保持喷管段130的收缩比、喷管段130长度和喷管段130 的内表面的粗糙度不变的情况下，改变控制组件150的种类、数量和分布方式，然后通过第一测量探针161测量稳定段120的出口湍流度，通过第二测量探针162测量喷管段130的出口湍流度，来评估稳定段 120对整个风洞流场噪声的贡献，能够为稳定段120降噪设计提供参考，得到一个稳定段120噪声最小的控制组件150安装方式需要说明的是，改变控制组件150的种类、数量和分布方式具体为控制组件 150的数量不变时，改变其种类和分布方式；控制组件150的种类不变时，改变其数量和分布方式；当控制组件150的分布方式不变时，改变其数量和种类即可。

(2)在保持稳定段120内噪声最小时控制组件150的安装不变的情况下，同时保持喷管段130长度不变以及喷管段130的内表面粗糙程度不变的情况下，通过改变喷管段130的收缩比，利用第二测量探针162测量喷管段130的出口湍流度，进而来评估在稳定段120对噪声贡献最小的条件下，喷管段130的收缩比对流场噪声的贡献 (喷管段130的收缩比改变对噪声的改变的变化规律)，进而为喷管段130设计收缩比提供参考值。

(3)在保持稳定段120内噪声最小时控制组件150的安装不变的情况下，以及以喷管段130的收缩比对噪声的贡献最小时的收缩比为前提和喷管段130内表面粗糙度不变的情况下，改变喷管段130 的长度，利用第二测量探针162测量喷管段130的出口湍流度，进而来评估喷管段130的长度对流场噪声的贡献，得出喷管段130的最优长度，为喷管段130设计长度提供参考值。

(4)在保持稳定段120内噪声最小时控制组件150的安装不变的情况下，以及以喷管段130的收缩比对噪声的贡献最小时的收缩比、喷管段130的最优长度为前提，改变喷管段130的内表面的粗糙度(光滑表面或者粗糙表面)，利用第二测量探针162测量喷管段130的出口湍流度，进而评估喷管段130的内表面的粗糙度对流场噪声的贡献，为喷管段130设计的内表面粗糙度提供参考值。

以上所述仅为本申请的优选实施方式而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

设计图

一种风洞流场噪声评估的实验装置论文和设计

一种风洞流场噪声评估的实验装置论文和设计

全文摘要

主设计要求

设计方案

设计说明书

设计图

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