一種基于燃燒器的熱風洞控制系統設計與驗證

吳宋偉，張天宏，李凌蔚，李佳翱

（南京航空航天大學 能源與動力學院，南京 210016）

伴隨著現代航空航天技術的突破，下一代高性能飛行器面臨著超隱身能力、超遠距離航行、超機動飛行等技術要求，相比于傳統常規飛行器，在結構設計、材料選擇等諸多方面提出了挑戰。常規的冷態風洞已無法滿足航空航天高溫領域對設備研制提出的要求，包括溫度傳感器的動態特性測試、葉片的熱應力測試、關鍵部件的熱防護試驗等。熱風洞通過高速熱氣流產生一個均勻分布且穩定的高溫流場，模擬材料或試件的真實工況，可以有效應用于上述基礎研究?；跓犸L洞的氣動/熱環境，通過試驗可以獲得飛行器試驗件表面的特性參數。熱風洞試驗系統的氣流和溫度控制質量會直接影響到這些研究結果的精度和可信度，因此開展熱風洞控制試驗研究有著非常重要的意義。

近年來，國內外針對熱風洞及其控制系統設計進行了大量理論和實際工程方面的研究。加熱裝置作為熱風洞的核心系統，主要分為燃燒、電阻、電弧以及蓄熱加熱等加熱方式。其中，“燃燒加熱”風洞通常由氣源、燃料、試驗段、點火器、噴管、擴壓段、冷卻系統等組成。相比于其他幾種加熱方式，燃燒加熱因其適合長時間和大功率試驗的特點，受到了美國NASA、日本空間實驗室和中國空氣動力研究與發展中心（CARDC）等研究機構的普遍重視。

美國Langley中心設計的高溫風洞通過甲烷和空氣高溫燃燒獲得高溫燃氣，并增設補氧系統，拓展了氣動熱載荷和結構試驗能力。……